高性能轻质混凝土路桥过渡段材料特性与数值分析

发布时间：2017-03-22 16:14

  本文关键词：高性能轻质混凝土路桥过渡段材料特性与数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铁路线下基础结构物连接处的合理过渡问题一直是研究的热点。利用轻质填筑材料进行台背路基填筑是一种从本质上解决过渡段问题的方法,但目前尚缺乏其应用于铁路过渡段性能的研究。故为了适应铁路过渡段荷载、结构要求,本文采用室内试验方法,研究了纤维改性后的高性能轻质混凝土材料力学性能;利用岩土有限元软件PLAXIS 2D对高性能轻质混凝土过渡段进行静力学分析研究；并采用非线性有限元软件ABAQUS对三维过渡段模型进行动力分析研究。本文研究成果如下：(1)室内试验研究表明,高性能轻质混凝土各项力学强度均高于普通轻质混凝土,各指标随纤维掺量的增加呈现先增大后减小的变化趋势,纤维掺量存在最优值。不同密度高性能轻质混凝土最优纤维掺量不同,且随等级增加而增加。利用纤维加筋,可以提高材料塑性性能。对于密度较低(400kg/m3)的高性能轻质混凝土,纤维改性效果不是十分明显。(2)静力学数值分析结果显示,采用高性能轻质混凝土填筑过渡段,可以有效降低桥台水平位移,却会一定程度地增大台身转角,但转角满足规范限值。桥台基础桩间土附加应力的大小与填筑材料密度基本呈线性相关。采用高性能轻质混凝土填筑过渡段可以有效降低地基面沉降和先修段路基沉降。级配碎石过渡段路基面工后沉降沿纵向为下凹型非线性分布,而高性能轻质混凝土过渡段路基面工后沉降沿纵向为斜坡式线性分布。在本论文拟定工况下,级配碎石过渡段路基面弯折角均超过规范限值,且工后沉降分布曲线曲率半径不满足竖曲线要求。(3)动力学数值分析结果显示,路基表层加速度与列车速度基本呈线性关系。加速度在过渡段高性能轻质混凝土中的衰减速度明显小于普通土质路基中的衰减速度。随着高性能轻质混凝土密度增加,加速度减小。列车速度、高性能轻质混凝土材料密度对加速度沿深度衰减规律影响不大。过渡段结构型式对衰减规律影响显著。沿“桥→路”方向,加速度幅值在过渡段内由小到大缓慢变化,进入普通路基段后,加速度逐渐增大。列车速度对加速度纵向分布规律影响不大。正梯形过渡段纵坡段路基面加速度明显大于倒梯形过渡段,不利于平顺过渡。动应力沿深度衰减规律与加速度沿深度衰减规律类似。列车速度和过渡段结构型式对动应力横向分布规律无明显影响。过渡段材料弹性模量越高,动应力沿横向分布越均匀。动位移幅值沿纵向分布规律与加速度类似。过渡段材料弹性模量越大,路基面动位移幅值越小。设计中推荐采用倒梯形结构。过渡段路基振动为低频振动,振动频率范围为0-45Hz。(4)路桥过渡段静、动参数分析显示,采用高性能轻质混凝土填筑路桥过渡段,各项指标均满足规范要求,且优于采用级配碎石填筑路桥过渡段。高性能轻质混凝土密度控制范围上限为800kg/m3。总体上,高性能轻质混凝土具有更好的塑性性能,采用其填筑过渡段可降低对桥台影响,且动力特性优良,在高速铁路路桥过渡段工程中具有较好的应用潜力。本论文研究成果可以在一定程度上为高性能轻质混凝土路桥过渡段设计提供参考。
【关键词】：高速铁路 路基工程 路桥过渡段 轻质混凝土 数值分析 动力分析
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414;U444
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-21
• 1.2.1 路桥过渡段研究现状14-17
• 1.2.2 泡沫轻质混凝土研究现状17-21
• 1.3 研究内容与技术路线21-23
• 1.3.1 研究目标21
• 1.3.2 主要研究内容21-22
• 1.3.3 研究技术路线22-23
• 第2章 高速铁路路桥过渡段问题与对策研究23-33
• 2.1 概述23
• 2.2 高速铁路路桥过渡段主要问题23-25
• 2.2.1 不平顺问题23-24
• 2.2.2 桥台变形问题24-25
• 2.3 高速铁路路桥过渡段设计控制标准25-28
• 2.4 高速铁路路桥过渡段问题解决对策28-33
• 2.4.1 过渡段不平顺处理的内容及原则28
• 2.4.2 路桥过渡段常见处理方法28-30
• 2.4.3 软土地基桥台稳定控制措施30-33
• 第3章 高性能轻质混凝土材料特性分析33-45
• 3.1 轻质混凝土特性33-34
• 3.1.1 制备原理33
• 3.1.2 物理力学特性33-34
• 3.2 高性能轻质混凝土加筋改性试验34-43
• 3.2.1 试验研究内容35
• 3.2.2 试验方案35-37
• 3.2.3 试验结果分析37-43
• 3.3 高性能轻质混凝土路桥过渡段处理技术优势43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 高性能轻质混凝土过渡段静力分析45-68
• 4.1 概述45
• 4.2 数值分析模型建立与计算参数45-50
• 4.2.1 计算工况45-46
• 4.2.2 材料本构关系及参数46-48
• 4.2.3 分析荷载48-49
• 4.2.4 边界条件49
• 4.2.5 模型分组及对比49-50
• 4.2.6 计算步骤50
• 4.3 高性能轻质混凝土过渡段填筑施工对桥台影响分析50-55
• 4.3.1 桥台水平位移分析52-53
• 4.3.2 桥台台身转角分析53-55
• 4.4 桥台基础桩间土附加应力分析55-58
• 4.5 高性能轻质混凝土过渡段填筑施工对先修段路基影响分析58-62
• 4.5.1 地基面沉降分析58-61
• 4.5.2 先修段路堤基床底层顶面变形分析61-62
• 4.6 高性能轻质混凝土过渡段路基面沉降变形分析62-66
• 4.7 本章小结66-68
• 第5章 高性能轻质混凝土过渡段动力分析68-103
• 5.1 概述68
• 5.2 过渡段动力分析模型建立68-76
• 5.2.1 动力学模型及简化68
• 5.2.2 分析工况68-69
• 5.2.3 材料参数69-70
• 5.2.4 列车动荷载模拟70-73
• 5.2.5 边界条件及网格73-75
• 5.2.6 模型分组及对比75
• 5.2.7 分析断面75-76
• 5.3 加速度分析76-85
• 5.3.1 竖向加速度幅值沿深度方向衰减规律76-82
• 5.3.2 加速度沿纵向分布规律82-85
• 5.4 动应力分析85-93
• 5.4.1 动应力幅值沿深度方向衰减规律86-90
• 5.4.2 动应力横向分布规律90-93
• 5.5 动位移沿纵向分布规律93-97
• 5.5.1 列车速度的影响94
• 5.5.2 过渡段填筑材料的影响94-95
• 5.5.3 过渡段结构型式的影响95-97
• 5.6 振动时频分析97-101
• 5.6.1 加速度分析97-99
• 5.6.2 动应力分析99-101
• 5.7 本章小结101-103
• 结论与展望103-105
• 致谢105-106
• 参考文献106-112
• 附录112-113
• 攻读硕士学位期间发表论文及主要科研工作113

【参考文献】

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