本文關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)沖刷對鐵路橋梁服役安全性能的影響研究

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【摘要】：隨著我國鐵路系統(tǒng)的飛速發(fā)展,大量跨河跨江鐵路橋梁相繼興建。河流中由于橋墩的存在,減小了過水面積,改變了周圍水流條件,必然會對橋墩基礎(chǔ)產(chǎn)生強烈的沖刷,嚴(yán)重者會導(dǎo)致基礎(chǔ)被淘空,下部結(jié)構(gòu)承載力降低,當(dāng)洪水來襲時大大增加了橋梁倒塌破壞的概率。同時沖刷使基礎(chǔ)埋深減少,降低了橋梁的整體剛度,影響了橋梁的動力性能,當(dāng)列車過橋時容易引發(fā)共振破壞。為此,研究沖刷作用下鐵路橋梁的服役性能具有十分重要的意義。在分析樁土相互作用時,為方便計算,往往采取m法等線性分析方法,未考慮樁土間的非線性特征,且對沖刷作用下橋梁的動力性能研究甚少。本文系統(tǒng)總結(jié)了沖刷深度的計算方法,考慮土體的非線性,基于p-y曲線法分析樁土相互作用,進(jìn)行了沖刷作用下橋梁的靜力分析及動力特性分析,主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)分析各類沖刷機理,總結(jié)國內(nèi)外沖刷公式,并選取主要公式對工程實例進(jìn)行沖刷計算。計算結(jié)果表明,國內(nèi)公式考慮因素更為全面,所得結(jié)果偏安全。(2)應(yīng)用m法和p-y曲線法計算群樁剛度,分別建立承臺底等效剛度(無樁)模型和樁基-土彈簧(有樁)模型,其中p-y曲線法考慮了樁土作用的非線性特征,所建立的有樁模型更能反映樁土間的實際情況。(3)以第二松花江特大橋的為工程背景,建立橋梁有限元模型,對比沖刷前后結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位在荷載作用下的內(nèi)力和位移變化。分析結(jié)果表明,雖然沖刷使樁基內(nèi)力顯著增加,但由于其基數(shù)較小,遠(yuǎn)小于樁身承載力,不構(gòu)成安全威脅。(4)考慮橋墩整體沖刷與不均勻沖刷,對橋梁進(jìn)行模態(tài)分析,在相同沖刷條件下,無樁模型比有樁模型的橫向頻率大得多,因此,偏安全考慮,建議采用樁基-土彈簧的有樁模型。同時通過ABAQUS建立CRH2車輛模型,求解各模態(tài)下的自振頻率,并與橋梁橫向自振頻率進(jìn)行比較。其中求得車橋共振頻率區(qū)間為0.947Hz～1.264Hz,當(dāng)沖刷深度為5m～10m時,橋梁橫向自振頻率明顯降低,在不同墩高情況下,絕大多數(shù)橋梁進(jìn)入共振頻率區(qū)間,導(dǎo)致車橋橫向共振,影響行車安全。
【關(guān)鍵詞】：沖刷 樁土作用 p-y曲線法 等效剛度 車橋共振
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U447;U442.32
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 研究背景和意義12-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 橋渡沖刷計算14-16
• 1.2.2 沖刷對樁基的影響研究16-18
• 1.2.3 樁土間相互作用的研究與應(yīng)用18-21
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容21-22
• 2 河流沖刷機理及計算研究22-40
• 2.1 沖刷機理22-25
• 2.2 一般沖刷計算研究25-31
• 2.2.1 別列柳勃斯基假定的應(yīng)用25
• 2.2.2 輸沙平衡原理公式25-28
• 2.2.3 沖止流速概念公式28-30
• 2.2.4 一般沖刷計算主要影響參數(shù)30
• 2.2.5 計算算例30-31
• 2.3 局部沖刷計算研究31-39
• 2.3.1 經(jīng)驗公式32-33
• 2.3.2 半經(jīng)驗半理論公式33-35
• 2.3.3 局部沖刷計算主要影響參數(shù)35-36
• 2.3.4 計算算例36-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 3 樁土相互作用分析模型40-58
• 3.1 Winkler地基梁假定40-41
• 3.2 基于m法的承臺底等效剛度模型41-50
• 3.2.1 模型概述41-42
• 3.2.2 m值的確定42-43
• 3.2.3 單樁內(nèi)力位移43-46
• 3.2.4 群樁剛度系數(shù)46-50
• 3.3 基于p-y曲線法的樁基-土彈簧模型50-57
• 3.3.1 模型概述50-51
• 3.3.2 p-y曲線的確定51-54
• 3.3.3 有限差分法求解樁的內(nèi)力變形54-56
• 3.3.4 樁基-土彈簧剛度系數(shù)56-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 4 第二松花江特大橋沖刷前后模型建立及靜力分析58-72
• 4.1 工程概況58-60
• 4.2 沖刷前后剛度變化60-67
• 4.2.1 群樁沖深計算60-62
• 4.2.2 沖刷前后承臺底等效剛度的計算62-63
• 4.2.3 沖刷前后樁基-土彈簧剛度的計算63-67
• 4.3 沖刷作用下的靜力分析67-71
• 4.3.1 沖刷對樁基彎矩和剪力的影響67-70
• 4.3.2 沖刷對樁頂及墩頂橫向位移的影響70-71
• 4.4 本章小結(jié)71-72
• 5 沖刷前后車橋共振條件分析72-82
• 5.1 橋梁結(jié)構(gòu)模態(tài)分析72-76
• 5.1.1 無樁模型與有樁模型72-74
• 5.1.2 橋墩整體沖刷與不均勻沖刷74-76
• 5.2 車輛振型頻率76-80
• 5.2.1 車輛模型理論76-77
• 5.2.2 車輛有限元模型77-78
• 5.2.3 車輛自振頻率與振型78-80
• 5.3 車橋共振條件分析80-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 6 結(jié)論與展望82-84
• 6.1 結(jié)論82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 作者簡歷88-92
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集92

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