粉土中刚性长短桩复合地基承载力发挥度参数影响研究

通过有限元分析,研究了相同承台板沉降下短桩桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度变化对长短桩复合地基中桩与土承载力发挥度的影响.研究表明:相同承台板沉降下,增加桩长、桩径、桩间距,减小褥垫层厚度会提升长短桩复合地基承载力.短桩桩长变化对长、短单桩承载力发挥度的影响较小.增加桩径和褥垫层厚度,会提高单桩承载力发挥度.随桩间距增大,长桩单桩承载力发挥度增加,短桩单桩承载力发挥度减小.短桩桩长、桩间距、褥垫层厚度增大,桩间土承载力发挥度增加;增加桩径,桩间土承载力发挥度减小.     

橡胶轮胎散体桩群桩复合地基有限元分析

目的分析橡胶轮胎散体材料桩(RGP)群桩的承载性能,为橡胶轮胎散体桩复合地基的实际应用提供设计参数.方法通过ABAQUS有限元软件建立桩土三维有限元模型,研究不同桩长、桩径、桩间距及褥垫层厚度等对橡胶轮胎散体桩群桩承载性能的影响,得到载荷-位移、桩身应力等关系曲线.结果 RGP桩复合地基的沉降随桩长的增加而减小,但存在有效桩长.随着桩间距的增加,RGP桩复合地基的承载力、桩顶应力和桩身最大应力增加,桩土应力比先增大后减小.随着桩径的增加和褥垫层厚度的增加,RGP桩复合地基的承载力均呈增加趋势,桩土应力比减小.桩径的增加在提高复合地基置换率的同时也使得橡胶轮胎的环箍能力降低,所以RGP桩复合地基设计时应综合考虑桩土承载能力和橡胶轮胎的环箍作用.结论合理调节桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度等参数会促进桩土协同作用的发挥,进而改善RGP桩复合地基的承载能力.     

高速铁路板式无砟轨道的结构分析模型对比

为了对比弹性地基叠合梁理论、弹性地基梁-板理论和梁-体有限元理论在分析无砟轨道结构受力时的差别,基于这3种无砟轨道结构力学理论建立了无砟轨道结构分析模型,分析2种不同线下基础上CRTSⅡ和CRTSⅢ型板式无砟轨道结构的受力情况.结果表明:由于弹性地基叠合梁理论分析模型考虑的因素较少,计算所得结果与其他2种分析模型的计算结果相差较大,且与轨道板实际受力情况存在一定差别;弹性地基梁-板理论分析模型可较好地模拟轨道板和底座弯曲变形,计算结果比其他2种分析模型偏大约30%,设计偏于安全;梁-体有限元理论分析模型可真实反映无砟轨道结构的受力和变形,但分析模型相对复杂,对工程设计人员要求较高,一般用于无砟轨道结构的研发和设计验证.     

高速铁路博格纵连板桥上无砟轨道纵向力学特性

为研究高速铁路博格纵连板桥上无砟轨道纵向力学特性,建立纵向荷载作用下高速铁路博格纵连板桥上无砟轨道非线性有限元空间力学模型,与德国博格公司计算结果进行对比验证.以10跨32 m博格纵连板桥上无砟轨道为例,用所建立的力学模型,对伸缩荷载、制动荷载、断轨荷载、断板荷载工况下博格纵连板桥上无砟轨道空间力学特性进行研究,并与单元板式桥上无砟轨道计算结果进行对比.研究结果表明:与单元板式无砟轨道相比,博格纵连板桥上无砟轨道可以大大降低伸缩、制动、断轨荷载工况下作用在钢轨及墩台顶的纵向作用力,有利于采用大阻力扣件并在全线铺设跨区间无缝线路,保证列车高速安全运行,并降低高速铁路桥梁墩台造价,但博格纵连板桥上无砟轨道板折断后,将在无砟轨道各部件间引起较大的纵向作用力,因此,必须保证无砟轨道板施工质量.     

高速铁路无砟轨道伤损现状

目前,无砟轨道在我国大量铺设,但随着近几年的运营,无砟轨道的伤损也相继出现。主要介绍了轨道板伤损、水泥乳化沥青砂浆填充层伤损、挡台伤损、底座板伤损、道岔区轨枕埋入式及板式无砟轨道伤损,分析了现象和成因,为以后设计、施工、维修提供便利。     

土质路基CRTSⅠ型平板式轨道温度力研究

以土质路基上CRTSⅠ型板式无砟轨道结构作为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立了土质路基板式无砟轨道力学实体模型,对CRTSⅠ型板式无砟轨道进行温度力分析,确定轨道板板面和板底温度相差±10℃时,确定平板式轨道板所受的最大拉应力、最大位移,以及温度荷载对CA砂浆、混凝土支承层、土质路基的影响程度,最终得出轨道板应该采用双向配筋及在计算中可以不考虑温度荷载对CA砂浆层的受力影响等结论。     

均匀降温下CRTSⅡ型高速铁路轨道板温度应力分析

根据无砟轨道板钢轨-轨道板-钢筋滑移线性本构关系,建立了均匀降温作用下纵连式轨道板温度应力计算模型.应用拉普拉斯变换方法求解平衡微分方程,得到钢筋和混凝土应力、位移的解析表达式,分析配筋率、扣件扣压力和板底摩擦力等参数对裂缝间距及轨道板内力、位移的影响.最后以京沪高铁CRTSⅡ无砟轨道板为例,计算30℃降温条件下的开裂间距,轨道板内力、位移随裂缝长度的分布规律.研究结果表明,解析表达式可以准确地分析轨道板的温度应力,为无砟轨道板设计提供理论依据.     

预制板式无砟轨道界面脱层失效的数值模拟

将温度荷载简化为轨道板内的剪切荷载,分析了无砟轨道结构的层间界面破坏形式与粘结机理;基于黏聚力本构模型与水泥乳化沥青砂浆界面粘结力实验结果,建立预制板式无砟轨道结构界面有限元模型,研究剪切荷载作用下无砟轨道界面应力、界面粘结承载力、界面相对位移以及界面裂缝的演化规律.结果表明:界面剪应力与正应力纵向分布不均匀,在轨道板端部最大,且界面正应力使轨道板在端部竖向受拉;剪切荷载作用下,界面剪应力超过最大粘结强度,造成界面逐段破坏,界面最大粘结承载力为264.8 k N;轨道板相对于砂浆充填层的纵向位移随剪切荷载的增大而持续增大,最终界面出现纵向裂缝,而其竖向张开位移在界面纵向裂缝出现后反而逐渐闭合,界面发生剪切破坏导致无砟轨道结构脱层失效.     

温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱

为了研究服役期间温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱,建立基于传热学理论的纵连板式无砟轨道温度梯度计算模型和温度梯度作用下疲劳应力谱计算模型,并对模型进行验证。以广州气象数据为例,首先利用经过验证的温度梯度计算模型计算服役期间轨道板温度梯度时程曲线,然后将所计算的温度梯度时程曲线输入经过验证的疲劳应力谱计算模型,得到服役期间自重和温度梯度时程曲线作用下不同板厚和裂缝间距的纵连板式无砟轨道疲劳应力谱。研究结果表明:服役期间温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱具有明显的时变特性;板厚对温度梯度作用下服役期间纵连板式无砟轨道疲劳应力谱影响较小,裂缝间距对其影响很大。     

城市轨道交通板式无砟轨道结构摊铺层粗糙表面的构建及评价指标研究

为研究摊铺层粗糙度对城市轨道交通板式无砟轨道结构力学性能的影响及其合理设计值,首先,基于W-M分形函数,利用Python编程构建具有高度随机性的摊铺层分形粗糙表面,并将得到的分形粗糙表面导入Geomagic DX软件,通过面片修补等操作生成三维粗糙表面实体模型;然后,将三维粗糙表面实体模型作为部件导入ABAQUS有限元软件,并在此基础上构建具有粗糙摊铺层的城市轨道交通板式无砟轨道有限元模型;最后,在城市轨道交通板式无砟轨道有限元模型上施加符合实际情况的荷载以及边界条件,进行准静态有限元仿真计算,得到钢轨、轨道板和基底等轨道结构部件的位移以及应力响应,并将得到的力学响应与相关文献进行对比验证。研究结果表明:不设置弹性垫层的轨道结构难以满足服役要求;当特征常数G不变时,随着分形维数D增加,轨道结构各部分的响应均增大,两者呈明显正相关关系;当G=0.004 m,D=2.1时,轨道板位移超过相关限值。综合安全性以及现场操作简易性考虑,粗糙度测量曲线幅值不应大于3 mm。