基于多尺度有限元模型的桩板式路基结构特性研究

发布时间：2020-07-04 10:29

【摘要】：桩板式路基是近些年提出的一种新型路基结构,它同时具有地基处理和路基结构两种功能,主要由钢筋混凝土的桩基、桥面板(或承台板)、桩板接头等部分组成。相比土质路基,具有工后沉降小,整体刚度大和平顺性高的优点。由于桥面板和桩板接头结构的创新,传统建模策略变得不再适用于该路基的结构特性分析,于是多尺度建模就成为了更优的建模选择。本文以桩板式路基作为研究对象,基于多尺度有限元方法,建立路基实体精细化模型。根据相应的简化模型和工况挑选出合适的多尺度连接方法后将其应用在不同类别的多尺度模型中,纵向对比各个模型桥面板和桩板接头的静力受力特性以及整体模型的动力特性和弹性稳定计算结果的差异,并将实体精细化模型的计算结果作为对比基准,比选出最合适的多尺度建模方法。本文的主要研究工作和结论如下:1.阐述各种多尺度连接方法的连接原理,根据设计图纸建立联长为54m的路基实体精细化模型。按照结构特点截取相应简化模型做不同类别多尺度连接方法的比选。基于控制变量的思想,对比同种工况下应用不同类多尺度连接方法时,几种简化模型多尺度连接界面的应力、位移及顺桥向各截面的最大等效应力。以实体精细化模型作为对比基准,最终挑选出各工况下误差最小的CERIG方法作为最合理的多尺度连接方法。2.在标准组合工况作用下,判断结构局部受力情况,相应地简化实体精细化模型,保留荷载作用最集中的实体单元部分,其余用板壳单元或梁杆单元来做替换,分别建立实体单元—板壳单元、实体单元—梁单元、板壳单元—梁单元三种不同尺度的有限元模型,在各种多尺度模型上应用最优多尺度连接方法CERIG连接不同类单元。3.采用已建立的几种多尺度有限元模型,分析正常使用极限状态下各个模型局部桥面板和接桩结构的受力特性,分别与实体精细化模型对比,分析差异,选出局部结构计算结果最为接近实体精细化模型的多尺度有限元模型;然后提取整体结构的应力位移计算结果,判断局部结构分析中的最优模型是否同样是整体结构分析时的最优模型,对比几种模型的计算误差,分析误差原因。4.对几种有限元模型做进一步的模态分析和线弹性稳定分析,判断上述优选模型在动力计算和稳定性分析中的适用性。最终比选出既能保证路基结构计算精度,又能提高路基结构计算效率的最优多尺度有限元模型。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U416.1
【图文】：

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一种解决该问题的有效方法。基于结构多尺度理论，本文采用不同类别的多尺度方法分别对桩板式路基行不同尺度的有限元建模，并分析计算了不同路基多尺度有限元模型的受力特比选出了一种兼顾模型计算精度与计算效率的多尺度建模方案，能为以后这类板式路基结构的建模计算提供一定的经验指导。1.2 桩板式路基概述桩板结构目前在铁路领域应用比较广泛，主要有如下 3 种形式：(1)结构由桩钢筋混凝土板以及路基土体三部分组成[5]，板位于路基表面并与桩固结，轨道结直接作用在板上；(2)结构由桩、托梁、钢筋混凝土板，以及路基土体四部分组成具体结构细节为先通过托梁横向连接桩基，其上再与板相连，轨道结构直接作在板上；在板中位置处，桩板为固结，在板端位置处，桩板为搭接；(3)结构由桩钢筋混凝土板及路基土体三部分组成，具体结构细节是桩顶位于路基土体中，工时先在桩顶铺一定厚度的碎石垫层，再放置钢筋混凝土板，然后再填筑剩余堤填料，最后进行轨道结构施工[6]。

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第二章结构多尺度模拟方法及相应计算理论国内外应用现状内才兴起对“桩—板结构”的研究热潮，但兰是较早应用到桩板结构路基的国家[7]。20 世的 Ermanninsuo 地区，Turku．Toijala 铁路线要有效控制沉降，同时满足列车对运行速度的的桩板结构。不幸的是，这段铁路在 2004 年40m，最严重的地方轨道下沉了 0.40m。塌陷的重修，措施是用了更长的桩和更大的板，然后支承梁，并用钢筋混凝土桩进行支承[5]。

【参考文献】