煤运铁路桩板结构设计检算

郭俊娥

陕西铁路工程职业技术学院道桥工程系（714000）

煤运铁路桩板结构设计检算

郭俊娥

陕西铁路工程职业技术学院道桥工程系（714000）

通过对桩板结构的横桥向和纵桥向的计算，得到了横桥向的挠度，通过对纵桥向的各工况的分析，得到的在工况4时挠度最大，工况9式桩C的轴力最大，通过与规范相比较，均满足规范要求，可为同类工程提供设计参考。

交通运输工程；桩板结构；设计

1 工程概述

蒙西至华中地区铁路煤运通道连接了蒙陕甘宁能源“金三角”地区与湘鄂赣等华中地区，设计标准为I级铁路，设计行车速度为120 km/h，牵引质量为5 000 t，通道规划设计年输送能力为2亿吨，建成运营初期年输送能力达到1亿吨，是“北煤南运”新的国家战略运输通道，在软土地基区，采用桩板结构进行地基的加固处理。

2 板桩结构设计

桩板结构是一种介于桥梁与路基之间的一种新型软土地基加固结构[1]，由钢筋混凝土桩基、路基本体与钢筋混凝土承载板组成，承载板直接与轨道结构连接，桩、板固结与路基共同组成承载结构体系。本工程桩板结构及荷载如表1所示。

3 计算分析过程

计算采用有限元软件Ansys进行分析得出桩板结构内力，板和梁[2]都采用了梁单元进行模拟。

3.1 垂直线路方向

3.1.1 荷载分析

1）截面惯性矩

2）自重荷载

0.8 m厚顶板自重荷载：

0.4 m厚板顶碎石自重荷载：

轨道结构自重荷载：

3）列车活载

列车单轨活荷载：

正常使用极限状态施加的线荷载：

正常使用极限状态施加的集中荷载：

承载能力极限状态施加的线荷载：

承载能力极限状态施加的集中荷载：

3.1.2 计算成果

根据结构的实际情况，轨距为1 435 mm，计算简图如图1所示。

表1 桩板结构计算组合

图1 结构计算简图

对承载能力极限状态下桩板结构弯矩和轴力的分析结果如表2所示。

表2 桩板结构弯矩和轴力汇总表（×106）

由表2可知，跨中挠度最大，最大挠度值为1.1 mm，该值小于规范要求的1.1×4 000/1300=3.4 mm，满足要求。

3.2 顺线路方向

3.2.1 荷载分析

1）截面惯性矩

2）自重荷载

0.8 m厚顶板自重荷载：

0.4 m厚板顶碎石自重荷载：

轨道结构自重荷载：

3）列车活载

列车集中活荷载：

列车均布活荷载：

正常使用极限状态施加的自重线荷载：

正常使用极限状态施加的列车线荷载：

正常使用极限状态施加的集中荷载：

承载能力极限状态施加的自重线荷载：

承载能力极限状态施加的列车线荷载：

承载能力极限状态施加的集中荷载：

3.2.2 计算成果

考虑到结构的多跨连续特性，结合实际工点设计情况选定最不利的3跨进行结构内力计算。结构计算如图2所示。

图2 结构计算简图

考虑结构和荷载的特点,首先对结构施加恒载，再施加选定的10种列车标准活载和1种列车特种活载，使列车活荷载从结构右侧的H点，逐步移动到结构的左侧A点，考察其移动对结构产生的最不利影响，得到了11个工况。限于篇幅，仅列举两个工况如图3和图4所示。

图3 列车活荷载工况4

图4 列车活荷载工况9

对于每种列车活荷载工况，为考虑其移动的特点，考察其移动对结构产生的最不利影响。每种列车活荷载从结构右侧的H点，逐步移动到结构的左侧A点，每次移动0.1 m，移动230次，得到每种列车活荷载工况下桩板结构关键点的最大弯矩极值，如表3所示。

表3 桩板结构弯矩极值表

表4 桩顶轴力极值表

经汇总可知,工况4跨中挠度最大，最大挠度值为1.2 mm，该值小于规范要求的1.1×7 000/1 300= 5.9 mm，满足要求。

4 结语

通过计算分析表明,在表1所示的桩板结构形式下，在横桥向方向，跨中挠度最大，但是满足规范要求。在纵桥向方向上，得到在工况9桩C的轴力最大。在工况4时，结构将产生最大的挠度，但计算结果都符合规范要求。

由于桩板结构实际的理论研究滞后于工程应用，其作用机理尚不清楚，因此在实际工程应用是要进行必要的检算,一旦发现有不安全因素，要及时进行调整。

[1]詹永祥.高速铁路无砟轨道桩板结构路基设计理论及试验研究[D].成都：西南交通大学，2007.

[2]杨晓华.郑西客运专线路基桩板结构技术与经济分析[J].山西建筑,2009(15)：278-279.