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时速200km/h客货共线铁路桥梁承台配筋探讨

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【摘要】随着我国铁路建设的发展,桥梁所占的比例越来越大,桩基础这种传力结构已得到越来越广泛的应用。本文选择实际工程中的一种承台布置形式,按照撑杆-系杆体系、悬臂梁、深梁、有限元几种目前国内外常用计算方法来检算承台底板配筋,建议当桩顶外缘位于自承台板顶面处自墩台身面外缘向下扩散的35°刚性角以内时,按构造在承台底设钢筋网片后,可不检算承台板襟边的强度。

【关键词】铁路桥梁;承台;配筋

随着我国铁路建设的发展,尤其是大规模的客运专线铁路建设,桥梁所占的比例越来越大,桩基础这种传力结构已得到越来越广泛的应用。但是我国铁路规范未对桩基承台的配筋设计理论作明确的规定,截至目前,也没有统一的用于分析承台板受力的计算方法。以前的设计习惯是承台板在满足刚性角的前提下,在承台板底按构造配筋。受近几年客运专线铁路承台板采用六面配筋、承台底板按受力计算配筋加强较多的影响,有人认为普速铁路及时速200km/h客货共线铁路桥梁承台也应参考客运专线进行配筋,这样会引起投资增加,根据以往铁路设计及运营多年的铁路情况看,也没有必要完全参照客运专线进行设计。本文将选择实际工程中的一种承台布置形式,按照撑杆-系杆体系、悬臂梁、深梁、有限元几种目前国内外常用计算方法来检算承台底板配筋,得出计算成果的同时,提出自己的看法,供大家讨论参考。选取计算承台尺寸如下图,承台尺寸、配筋及相关物理力学指标详见表1、表2。

表1 承台基础资料

表2 混凝土及钢筋相关物理力学指标

检算1-1截面和2-2截面时桩顶施加4000kN的外力。

一、按悬臂梁计算

(1)1截面检算。最外排桩距加台边缘距离为0.15m,计算截面处弯矩:M=850.53kN/m。

取n=10,[σc]=10MPa,[σs]=180MPa,σc=×x=850。×0.26=0.54MPa│[σc]=10MPa,该截面配置钢筋满足要求。(2)2-2截面检算。最外排桩距加台边缘距离为0.8m,按照1-1截面检算步骤,σc=×x=4.91MPa<[σc]=10MPa,该截面配筋不足。

二、按深梁理论计算

(1)1-1截面检算。梁计算长度l0=2×1.15m=2.3m,截面高度h=2m,l0/h=2.3/2=1.15

三、按撑杆――系杆理论计算

承台截面有效高度,承杆压力线在承台顶面的作用点至墩台边缘的距离,取桩的支撑宽度b=0.8m。2-2截面检算:撑杆压力设计值:N1d=N2d=4×4000=16000kN;桩中心至加台边缘的距离x1=x2=0.8m。撑杆压力线与系杆拉力线的夹角:D1d=D2d==18527.7kN,Did=max(D1d,D2d)=18527.7kN。系杆拉力设计值:T1d=T2d==9342.2kN,Tid=max(T1d,T2d)=9342.2kN,Tid│A fa,As│Td=333.7cm,│ln=A×d 106.2,系杆抗拉承载力不满足要求。撑杆计算宽度bs=10.4m,撑杆计算高度:t=bsinθ+lacosθ=0.83m,=0.00215,ε=(+0.002)cos2θ=0.001415,f= =16.13MPa ,D=18527.7KN1tbf=124300.8KN撑杆抗压承载力满足要求。按上面步骤检算1-1截面,抗拉、抗压均可以满足要求。

四、采用有限元法

根据结构尺寸及配筋采用midas fea实体有限元进行建模,对承台通用图配筋情况进行检算,建模时承台尺寸取承台通用图中相应尺寸,桥墩截取2m高墩身进行模拟,对于简支梁桥桥墩采用最不利尺寸进行模拟。墩顶施加固定约束。桩基截取1m长度建模,在桩底施加面压荷载。钢筋布置情况纳入计算模型。

图1承台布置图二模型提取计算结果如下:

图2承台混凝土纵向应力底面视图

图3承台混凝土横向应力底面视图

图4 承台钢筋应力侧视图

从混凝土应力图、钢筋应力图中可以看出,“承台钢筋布置图二”中承台底部部分混凝土达到抗拉强度极限,钢筋最大拉应力σs=16.9MPa

参考文献

[1]铁道第三勘察设计院.铁路工程设计技术手册桥涵地基和基础[M].北京:中国铁道出版社,2002

[2]张天明.承台的配筋问题探讨[J].华东公路.1991(2)

[3]李敬增.客运专线铁路承台板设计若干问题探讨[J].铁道标准设计

[4]刘名君,粟怀广.钢筋混凝土承台配筋设计理论的探讨[J].铁道标准设计.2004(10)