桥梁桩基承台的空间桁架模型研究

发布时间：2019-11-07 19:30

【摘要】：桩基承台结构因其承载力高、能适应地基不均匀沉降、抗震性能优良等优点，在近些年来的铁路桥梁建设中得到广泛使用。承台结构作为连接大尺寸的墩身和小尺寸的桩基成为桥墩-承台-桩基结构体系中的一个关键点。上部结构的荷载通过桥墩传递至承台，经由承台结构将荷载分流传向桩基，各桩基再将荷载传向地基，在整个荷载传力过程，承台内力流的分散传递及其受力性能将作为本文研究的重点。承台结构内部的撑杆-系杆传力模型已成为主流思想，本文将继续对该传力模型进行深入研究，并对应力流的传递所虚拟出的空间桁架进行实际配筋—配置空间型钢桁架，并对配置了型钢桁架的桩基承台结构的传力性能进行分析研究。本文的研究内容及结论如下：通过对九桩桩基承台结构施加运营荷载、极限荷载，通过MIDAS/FEA有限元软件对该桩基承台模型数值模拟分析，得到以下结论：（1）在运营荷载作用下，研究分析了承台内混凝土压杆、钢筋拉杆、桩基应力、承台位移及桩基位移的分布规律，承台处于弹性工作状态，承台内拉杆-压杆传力体系基本显现；（2）通过桁架模型各参数变化趋势图可直观得到结构在运营荷载、开裂荷载及极限荷载下的应力、位移水平，可直接作为设计参考；拉压杆应力分析均得到了在结构破坏时，拉压杆尚有承载能力，拉压杆的破坏是伴随承台结构裂缝的贯通及结构发生了较大变形而发生，继而承台发生冲切劈裂破坏。通过对承台底部钢筋网的条带化等效配置，对桁架模型的各参数的力学特性进行对比分析可得：承台结构的等效布筋效果良好。承台开裂荷载随配筋率的增加略有增加，但总体趋势变化不大，，表明承台底部的配筋率对承台底部的开裂影响较小；承台的承载能力随配筋率的增加而提升，但当配筋率超过一定数值时，单纯的靠增加配筋已经不能提高承台的承载能力。对承台内配置了空间型钢桁架的桩基承台型钢模型进行研究得到：（1）配置了型钢桁架承台模型的裂缝发展迟缓于条带状布筋承台模型；其极限荷载大于条带状配筋，桩基承台结构的承载能力得到了提升。（2）通过对不同配筋率工况和配置型钢工况下承台结构的极限承载能力对比分析可得：配置型钢桁架的桩基承台结构克服了在条带状布筋下提升结构承载能力的瓶颈，使结构的承载能力上升了一个台阶。承台底部的配筋等效转化过程：均布配筋—条带状布筋—优化后的条带状布筋—布置型钢桁架。
【图文】：

计算图,系杆,撑杆,计算图

t —撑杆计算高度；sb —撑杆计算宽度；b —桩的支撑宽度，其中：圆形截面桩的取值为直径的 0.8 倍，方形截面值为截面边长；cukf,—边长为 150 mm 的混凝土立方体抗压强度标准值；idT —与撑杆相对应的系杆拉应力设计值；sA —在撑杆计算宽度sb 的范围内系杆钢筋的截面积；s—承台底到系杆钢筋的顶层钢筋中心的距离；d —系杆钢筋直径 d，采用不同直径的钢筋时，d 的取值为加权平均值；1 —系杆拉应力线与撑杆压应力线的夹角。杆抗拉承载力的计算可按下列规定[11]：0 id sd s T f A（1.6idT —系杆拉应力设计值；sdf —钢筋系杆抗拉强度设计值；杆-系杆计算图示见图 1.1。

深梁,分布模式,桁架模型,拉杆

（b）深梁剪跨等于 2h图 1.2 深梁结构“D 区”分布模式图结构构件D区域的桁架模型，由拉杆座区域。拉杆或压杆的几何尺寸主要其中，厚度是与桁架模型投影面垂直寸[16]。力的常见模式，见图 1.3。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U443.15

【参考文献】