基础冲刷对铁路桥梁服役安全性能的影响研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:yanshileia001
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随着我国铁路系统的飞速发展,大量跨河跨江铁路桥梁相继兴建。河流中由于桥墩的存在,减小了过水面积,改变了周围水流条件,必然会对桥墩基础产生强烈的冲刷,严重者会导致基础被淘空,下部结构承载力降低,当洪水来袭时大大增加了桥梁倒塌破坏的概率。同时冲刷使基础埋深减少,降低了桥梁的整体刚度,影响了桥梁的动力性能,当列车过桥时容易引发共振破坏。为此,研究冲刷作用下铁路桥梁的服役性能具有十分重要的意义。在分析桩土相互作用时,为方便计算,往往采取m法等线性分析方法,未考虑桩土间的非线性特征,且对冲刷作用下桥梁的动力性能研究甚少。本文系统总结了冲刷深度的计算方法,考虑土体的非线性,基于p-y曲线法分析桩土相互作用,进行了冲刷作用下桥梁的静力分析及动力特性分析,主要工作内容和结论如下:(1)分析各类冲刷机理,总结国内外冲刷公式,并选取主要公式对工程实例进行冲刷计算。计算结果表明,国内公式考虑因素更为全面,所得结果偏安全。(2)应用m法和p-y曲线法计算群桩刚度,分别建立承台底等效刚度(无桩)模型和桩基-土弹簧(有桩)模型,其中p-y曲线法考虑了桩土作用的非线性特征,所建立的有桩模型更能反映桩土间的实际情况。(3)以第二松花江特大桥的为工程背景,建立桥梁有限元模型,对比冲刷前后结构关键部位在荷载作用下的内力和位移变化。分析结果表明,虽然冲刷使桩基内力显著增加,但由于其基数较小,远小于桩身承载力,不构成安全威胁。(4)考虑桥墩整体冲刷与不均匀冲刷,对桥梁进行模态分析,在相同冲刷条件下,无桩模型比有桩模型的横向频率大得多,因此,偏安全考虑,建议采用桩基-土弹簧的有桩模型。同时通过ABAQUS建立CRH2车辆模型,求解各模态下的自振频率,并与桥梁横向自振频率进行比较。其中求得车桥共振频率区间为0.947Hz~1.264Hz,当冲刷深度为5m~10m时,桥梁横向自振频率明显降低,在不同墩高情况下,绝大多数桥梁进入共振频率区间,导致车桥横向共振,影响行车安全。
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