摘要：津滨轻轨桥墩托换采用九根托换桩与两跨连续格构式大梁托换两个桥墩，构成复杂的空间结构体系，该体系不同于传统的“扁担式”桩梁托换（即两根新桩和一根梁托换一根旧桩），托换荷载的调整和变形控制难度较大。运用ANSYS有限元程序中的“单元生死”技术，可对托换前、托换后和截桩三个工况的荷载转换规律和变形特性进行数值分析。本文分析采用被动托换与主动托换相比较的方法，得到多跨托换的荷载转换和变形规律。
　　关键词：主动托换；荷载转换；变形控制
　　
　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
　　1 引言
　　桩梁式托换经常用于既有建筑物的桩基础正好在新规划的结构物所用空间，需要对拟穿区域的桩基础截除时的各类工程[1]，天津滨海新区中央大道下穿轻轨工程采用九根托换桩与两跨连续格构式大梁，托换两个桥墩，这种多次超静定托换结构体系在国内外属首次。本文以该工程为例，研究多跨桩梁式托换的变形规律和托换荷载[2]的传递过程。
　　2數值算例
　　数值算例为津滨轻轨桩基托换工程。托换结构由2跨连续格构式大梁和3排共9根端承桩组成。托换大梁为两跨预应力混凝土结构，跨径为2×18.75m，梁高2m，由2根纵梁、5根横梁组成，共设置3排桩基，每排3根，边桩采用Ø1.8m的钻孔灌注桩，中桩采用Ø2.0m的桩，桩长28m。
　　3 数值分析过程
　　3.1 建模
　　数值分析采用ANSYS有限元程序，托换大梁、托换桩以及桥墩均采用Beam188单元，对桥墩和托换结构进行整体建模。托换过程分为托换前、托换后和截桩三个工况。为准确模拟三个工况，需运用ANSYS程序中的“单元生死”技术[3]。
　　3.2 加载
　　 将统计的恒荷载和活荷载叠加，转换为托换桩基的轴力，需要托换的两个桥墩的轴力共约14000kN。将原桩基础最下端的自由度均定义为“0”。对于托换结构的加载是通过调整托换桩最下端的竖向位移实现。
　　4 数值分析结果
　　数值计算计算结束后，进入ANSYS后处理器，可以查看各工况竖向位移和轴力的云图（如图1、2所示）。
　　4.1 被动托换
　　采用被动式托换方案时，托换前和托换后托换体系的竖向位移和轴力未出现显著变化，而截桩后托换梁跨中出现明显下挠，而被截断桩的轴力也转移到托换桩上。
　　
　　图1竖向位移云图 图2竖向轴力云图
　　读取各托换桩顶和被托换桩顶截桩前后竖向位移和轴力值见表1和表2。
　　表1 被动托换截桩前各桩顶轴力值和竖向位移
　　
　　
　　表2 被动托换截桩后各桩顶轴力值和竖向位移
　　
　　
　　从表1和2可以看出，被托换桩截除后，该桩的轴力通过托换梁传递到托换桩上。随着截桩后，托换梁跨中的下挠，被托换桥墩即A、B墩的轴力出现了“卸载”，轴力减小值约在4%左右。这部分减少的荷载通过框架梁传递到下面的托换桩上，造成了下面托换桩轴力的增大。被托换处竖向位移的最大值为11.39mm，小于混凝土梁挠度小于1／250的变形限值。
　　4.2 主动托换
　　主动多跨托换中顶升位移的确定是难点，本文中通过多次试算的方法，直到截桩前被托换桩顶的轴力接近于0为止，得到各桩顶的轴力和位移数值，见表3、表4。
　　表3 主动托换截桩前各桩顶轴力值和竖向位移
　　
　　表4 主动托换截桩后各桩顶轴力值和竖向位移
　　
　　
　　5. 结论
　　（1）被动托换是在被托换桩截除时，托换荷载通过托换梁传递到托换桩。托换梁跨中的下挠会引起被托换桩轴力减少和邻近桩轴力增大。
　　（2）主动托换顶升至被托换桩轴力为零再进行截桩，可保证截桩前后的托换体系轴力、变形不发生变化。
　　（3）多跨托换与单跨托换相比，主动托换时顶升位移的确定是难点，所以应该设计传力路径清晰的托换结构，顶升时方便确定顶升位移。
　　参考文献：
　　[1] 杨再道.大轴力桩基托换施工安全监测研究.[D]铁道科学研究院硕士论文.2003
　　[2] 卜建清，孙宁，柯在田.桩基主动托换进展[J]铁道建筑.2009（4）：73-77.
　　[3] 毛桂平，黄小许.桩梁和桩筏式托换结构设计探讨[J]工业建筑.2005，35（9）：46-49
　　[4] 孙海.桩基预应力平衡托换的理论研究及应用 [D] .同济大学博士学位论文.2001