铁路桥梁桩基厚承台之试验概述

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1、铁路桥梁桩基厚承台之试验概述-->1绪论1.1引言桩基承台是广泛应用于工业与民用建筑和大型、中型桥梁等工程中的重要构件，它支持上部结构，并将上部荷载传递给地基，它的功能类似于转换结构。布桩方式和桩的数量可用于确定承台的平面尺寸，厚度则由承台上部所承受的荷载值决定[1]。承台都处于三维应力状态下工作，且受局部应力干扰严重，故受力较为复杂，对其工作机理的认知一直未能得到统一。近20年来，随着国民经济及建设科技的发展，大型工程不断涌现，尤其最近几年，一批世界瞩目深水桥梁工程在我国顺利建成。随着超长大直径桩使用量的不断增加，承台的厚度也相应的增加，使其成为三维尺寸相差无几的构件。承台的作用是将其所承

2、受的上部荷载传递到下部的桩中去，也就是在桥梁的工作状态中处于“承上启下”的位置[2]。承担梁体传递给桥墩的内力（轴力、剪力和弯矩），然后把内力安全可靠地传送到桩的截面上。作为一个传递荷载的构件，承台的受力直接关系到能个梁体的安全性能。荷载的传递途径越简单，承台的受力状况就越好，材料就可以更大限度的发挥其作用。因为此时的构件处于轴心受压状态，荷载均匀的加载在各桩顶截面，材料的利用更加充分。实际上，对于一个等截面梁体而言，其组成材料中最多只有百分之五十发挥了作用。设想把直线梁体改为曲线，在荷载作用下，两端的支座就会产生水平向的推力，梁体此时就演变成了“拱”。众所周知，“拱”的传力途径要比直线梁直

3、接得多，故其受力性能也就优越的多。当前规范或规程中关于桩基厚承台的设计方法，并未准确地反应其传力途径，故只有通过加大承台厚度的方法来保证结构的安全，以致出现了较多的超厚承台，不仅浪费了大量的材料，而且还要对承台增加土方的开挖，给现场施工带来了很大的麻烦[3]。所以，全面解析承台的空间传力模式，完善承台的设计计算方法，对更进一步地了解承台的工作性能，安全合理地进行承台的设计施工，降低工程造价，都将起到非常巨大的作用。基于以上讨论，本课题开展对铁路桥梁桩基厚承台传力机理的研究，在理论和工程实践中都是意义重大的。……….1.2各国规范中关于桩基承台的设计方法我国的《建筑桩基技术规范》（JGJ94—

4、2008）[4]和《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）[5]规定，桩基承台要经过受剪切、受冲切、受弯以及局部受压的承载力计算，保证承台具有较强的承载能力。通常情况下，承台按一般受弯构件的计算方法进行设计，不设置受剪的钢筋，承台底部的受拉钢筋均匀布置。在受冲切和剪切的承载力计算中，往往只考虑了桥墩对承台的冲跨比和剪跨比影响，但是却没有考虑底部受拉钢筋在受冲跨比和剪跨比中所发挥的作用。我国交通运输部的混凝土规范[6]，参照的是《美国规范AASHTO—LRFD》[7]中“梁式体系”和“撑杆-系杆体系”的计算方法。即当外排桩的截面中心到桥墩外侧的水平距离大于承台的厚度时，按“梁式体系

5、”法对承台进行计算；当外排桩的截面中心到桥墩外侧的水平距离小于承台的厚度时，按“撑杆-系杆体系”法对承台进行计算。“撑杆-系杆体系”对于“梁式体系”法，不仅弥补了常规公式中关于短臂深梁不能满足材料非线性的缺点，而且在斜截面的受剪计算中考虑到了配筋率的影响。美国规范与中国规范中关于混凝土的质量标准、其它材料的强度标准以及荷载值的组合系数存在较大差别，本规范的不足之处在于完全按照《美国规范AASHTO—LRFD》，没有足够的试验验证，存在一定的缺陷。“撑杆-系杆体系”法，对于桩基承台的设计是一次重大的变革，它综合承台的的承载力检算，也就是说当承台满足“撑杆-系杆体系”法时，即可不考虑剪切和冲切的

6、受力验算，对于这点，本规范也没有加以区分。……….2有限元软件建立模型时的原则和方法2.1有限元模型依据对钢筋处理方式的不同，钢筋混凝土结构的有限元模型可以分为以下三种方式，即分离式模型、整体式模型和组合式模型。在ANSYS有限元软件的分析中，一般采用分离式模型和整体式模型，下面分别对其进行介绍[35]。分离式模型是把钢筋和混凝土分别进行处理，赋予其不同的单元类型，分别进行网格的划分，求解过程也是分别对其刚度矩阵求解。由于钢筋材料本身的属性，往往不考虑其横向抗剪强度，将其作为线单元处理。实际的混凝土结构都是处于裂缝存在的状态下工作的，裂缝的产生意味着混凝土和钢筋之间不同步变形，极有可能发生粘

7、结失效或滑移等破坏。针对该问题，采用分离式模型时可以得到解决，即通过插入粘结单元的方法来模拟混凝土和钢筋之间的黏结滑移作用。……….2.2本构关系本构关系指的是在荷载作用下，结构中的材料所发生的应力应变关系[36]。利用有限元软件对结构进行分析时，考虑到材料的非线性特性，本构关系的作用非常重要。以连续介质的力学理论为基础，结合混凝土材料本身的特性，通过调节各种材料参数的方法，建立混凝土的本构关系。现有的理论模