煤運(yùn)鐵路樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢算

郭俊娥

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院道橋工程系（714000）

煤運(yùn)鐵路樁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)檢算

郭俊娥

陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院道橋工程系（714000）

通過對(duì)樁板結(jié)構(gòu)的橫橋向和縱橋向的計(jì)算，得到了橫橋向的撓度，通過對(duì)縱橋向的各工況的分析，得到的在工況4時(shí)撓度最大，工況9式樁C的軸力最大，通過與規(guī)范相比較，均滿足規(guī)范要求，可為同類工程提供設(shè)計(jì)參考。

交通運(yùn)輸工程；樁板結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 工程概述

蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道連接了蒙陜甘寧能源“金三角”地區(qū)與湘鄂贛等華中地區(qū)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為I級(jí)鐵路，設(shè)計(jì)行車速度為120 km/h，牽引質(zhì)量為5 000 t，通道規(guī)劃設(shè)計(jì)年輸送能力為2億噸，建成運(yùn)營(yíng)初期年輸送能力達(dá)到1億噸，是“北煤南運(yùn)”新的國(guó)家戰(zhàn)略運(yùn)輸通道，在軟土地基區(qū)，采用樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行地基的加固處理。

2 板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樁板結(jié)構(gòu)是一種介于橋梁與路基之間的一種新型軟土地基加固結(jié)構(gòu)[1]，由鋼筋混凝土樁基、路基本體與鋼筋混凝土承載板組成，承載板直接與軌道結(jié)構(gòu)連接，樁、板固結(jié)與路基共同組成承載結(jié)構(gòu)體系。本工程樁板結(jié)構(gòu)及荷載如表1所示。

3 計(jì)算分析過程

計(jì)算采用有限元軟件Ansys進(jìn)行分析得出樁板結(jié)構(gòu)內(nèi)力，板和梁[2]都采用了梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。

3.1 垂直線路方向

3.1.1 荷載分析

1）截面慣性矩

2）自重荷載

0.8 m厚頂板自重荷載：

0.4 m厚板頂碎石自重荷載：

軌道結(jié)構(gòu)自重荷載：

3）列車活載

列車單軌活荷載：

正常使用極限狀態(tài)施加的線荷載：

正常使用極限狀態(tài)施加的集中荷載：

承載能力極限狀態(tài)施加的線荷載：

承載能力極限狀態(tài)施加的集中荷載：

3.1.2 計(jì)算成果

根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，軌距為1 435 mm，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。

表1 樁板結(jié)構(gòu)計(jì)算組合

圖1 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

對(duì)承載能力極限狀態(tài)下樁板結(jié)構(gòu)彎矩和軸力的分析結(jié)果如表2所示。

表2 樁板結(jié)構(gòu)彎矩和軸力匯總表（×106）

由表2可知，跨中撓度最大，最大撓度值為1.1 mm，該值小于規(guī)范要求的1.1×4 000/1300=3.4 mm，滿足要求。

3.2 順線路方向

3.2.1 荷載分析

1）截面慣性矩

2）自重荷載

0.8 m厚頂板自重荷載：

0.4 m厚板頂碎石自重荷載：

軌道結(jié)構(gòu)自重荷載：

3）列車活載

列車集中活荷載：

列車均布活荷載：

正常使用極限狀態(tài)施加的自重線荷載：

正常使用極限狀態(tài)施加的列車線荷載：

正常使用極限狀態(tài)施加的集中荷載：

承載能力極限狀態(tài)施加的自重線荷載：

承載能力極限狀態(tài)施加的列車線荷載：

承載能力極限狀態(tài)施加的集中荷載：

3.2.2 計(jì)算成果

考慮到結(jié)構(gòu)的多跨連續(xù)特性，結(jié)合實(shí)際工點(diǎn)設(shè)計(jì)情況選定最不利的3跨進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖

考慮結(jié)構(gòu)和荷載的特點(diǎn),首先對(duì)結(jié)構(gòu)施加恒載，再施加選定的10種列車標(biāo)準(zhǔn)活載和1種列車特種活載，使列車活荷載從結(jié)構(gòu)右側(cè)的H點(diǎn)，逐步移動(dòng)到結(jié)構(gòu)的左側(cè)A點(diǎn)，考察其移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最不利影響，得到了11個(gè)工況。限于篇幅，僅列舉兩個(gè)工況如圖3和圖4所示。

圖3 列車活荷載工況4

圖4 列車活荷載工況9

對(duì)于每種列車活荷載工況，為考慮其移動(dòng)的特點(diǎn)，考察其移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的最不利影響。每種列車活荷載從結(jié)構(gòu)右側(cè)的H點(diǎn)，逐步移動(dòng)到結(jié)構(gòu)的左側(cè)A點(diǎn)，每次移動(dòng)0.1 m，移動(dòng)230次，得到每種列車活荷載工況下樁板結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的最大彎矩極值，如表3所示。

表3 樁板結(jié)構(gòu)彎矩極值表

表4 樁頂軸力極值表

經(jīng)匯總可知,工況4跨中撓度最大，最大撓度值為1.2 mm，該值小于規(guī)范要求的1.1×7 000/1 300= 5.9 mm，滿足要求。

4 結(jié)語

通過計(jì)算分析表明,在表1所示的樁板結(jié)構(gòu)形式下，在橫橋向方向，跨中撓度最大，但是滿足規(guī)范要求。在縱橋向方向上，得到在工況9樁C的軸力最大。在工況4時(shí)，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生最大的撓度，但計(jì)算結(jié)果都符合規(guī)范要求。

由于樁板結(jié)構(gòu)實(shí)際的理論研究滯后于工程應(yīng)用，其作用機(jī)理尚不清楚，因此在實(shí)際工程應(yīng)用是要進(jìn)行必要的檢算,一旦發(fā)現(xiàn)有不安全因素，要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

[1]詹永祥.高速鐵路無砟軌道樁板結(jié)構(gòu)路基設(shè)計(jì)理論及試驗(yàn)研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2007.

[2]楊曉華.鄭西客運(yùn)專線路基樁板結(jié)構(gòu)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析[J].山西建筑,2009(15)：278-279.