戈壁大风区高速铁路装配式防风明洞力学特性及结构设计方法研究

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防风明洞作为戈壁大风区高速铁路主要防风结构,在兰新二线百里风区、三十里风区首次使用。防风明洞主要承受风荷载作用,与传统明洞结构荷载不同。目前,防风明洞结构体系、风荷载计算方法及结构设计相关理论研究较为缺乏。因此,展开戈壁大风区防风明洞结构体系、风荷载计算方法及结构设计等相关研究,对于支撑兰新二线戈壁大风区高速铁路建设具有重要的现实意义。论文依托兰新二线高速铁路工程,采用资料调研、理论推导、数值计算、室内试验、现场测试等方法,对戈壁大风区防风明洞结构体系、风荷载计算方法及结构设计展开系统研究,取得如下成果:(1)基于戈壁大风区干旱少雨等自然环境条件确定了防风明洞采用管片预制式拱形结构;基于防风明洞结构受力特点、施工便利性、结构运输条件确定了防风明洞结构的环向分块方式和纵向长度;基于结构和接触网受力特点及运营照明和防风沙要求确定了防风明洞开孔方式及大小。构建了戈壁大风区防风明洞结构体系。(2)研究了戈壁大风区路堤式、路堑式及一般地段防风明洞结构的荷载组成,基于风洞室内试验、数值模拟,明确了戈壁大风区防风明洞的风荷载分布特征及变化规律,提出了风荷载修正计算方法,建立了戈壁大风区防风明洞风荷载计算方法,并与现场实测风荷载进行了对比,验证了风荷载计算方法的正确性。(3)基于接头抗拉、抗压、抗剪及抗弯室内试验结果,探明了拱部接头和墙底接头的力学特征,并建立了刚性接头力学模型,提出了接头的破坏模式和判定标准。(4)建立了戈壁大风区装配式防风明洞刚性接头刚度计算方法,运用风荷载修正计算方法计算了防风明洞的主要荷载,建立了装配式防风明洞结构计算模型,并给出了装配式防风明洞结构安全性评价方法。根据接头连接方式不同刚度有所区别建立了各自的计算模型并与实测值进行了对比,验证了计算模型的正确性。建立了戈壁大风区装配式防风明洞结构设计方法。
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