【摘 要】
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框构箱涵下穿既有铁路是沟通铁路两侧交通的施工方法之一,穿越复杂繁忙多股干线运营铁路线路的大断面、大角度斜交框构箱涵顶进施工安全风险高、难度大,对施工中不同工况下箱涵的稳定性进行研究具有重要的应用价值。依托在建的西安市经九路下穿陇海铁路立交桥工程项目,采用理论计算、数值模拟和现场监测相结合的方法,对下穿运营铁路线路大断面框构箱涵斜交顶进过程中顶力作用以及列车动荷载影响下的箱涵结构的变形和受力进行研究
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框构箱涵下穿既有铁路是沟通铁路两侧交通的施工方法之一,穿越复杂繁忙多股干线运营铁路线路的大断面、大角度斜交框构箱涵顶进施工安全风险高、难度大,对施工中不同工况下箱涵的稳定性进行研究具有重要的应用价值。依托在建的西安市经九路下穿陇海铁路立交桥工程项目,采用理论计算、数值模拟和现场监测相结合的方法,对下穿运营铁路线路大断面框构箱涵斜交顶进过程中顶力作用以及列车动荷载影响下的箱涵结构的变形和受力进行研究,主要的研究工作及取得的主要研究成果如下:(1)基于对依托工程地质特点和施工要求的分析,提出了框构箱涵施工下穿顶进施工多股铁路线的架空结构体系和下穿施工实施方案及顶进施工重难点。基于理论和经验公式法给出了箱涵顶进的预计顶力值;依据大断面、大角度斜交框构箱涵的尺寸特征,基于局部抗压强度及尺寸的要求,建议了顶进液压千斤顶的布置方案。(2)在箱涵受顶推力作用下的顶进施工阶段,选取了箱涵顶进阶段的空推顶进阶段、第一次破桩顶进阶段、第二次破桩顶进阶段、第三次破桩顶进阶段等四种最不利工况,采用数值模拟方法对箱涵不同顶进阶段的变形与受力情况进行了研究。数值分析结果表明,随着顶进阶段的增加,顶进方向的位移逐渐变小,箱涵的最大隆起和沉降值均有所减小;在应力方面,框构箱涵在第三次破桩阶段主应力达到最大,其最大主应力值小于混凝土强度标准值,因此箱涵在顶力作用下不同顶进阶段的稳定性良好。(3)在箱涵受运营列车动荷载影响下的顶进施工阶段,对30 km/h、45 km/h和60 km/h三种不同列车行车速度时箱涵的受力特性进行数值模拟分析。数值模拟结果表明,框构箱涵在动荷载的作用下其特征点的位移和主应力均在第三次破桩阶段达到最大,且箱涵顶板跨中的特征点的响应幅值更为明显;对于不同列车车速下框构箱涵的位移与受力分析,可以发现特征点的时程曲线变化规律基本相似,特征点的竖向位移值与主应力均随着列车车速的增加相应增大,最大拉、压应力值均在相关规范要求之内,在最不利的三个破桩阶段工况下列车动荷载不足以对框构箱涵造成破坏。(4)实际工程中列车以速度为45 km/h通过时,在框构箱涵第三跨顶板下侧布置了6个测点对其振动加速度进行现场监测,其中1、2、3号测点分别位于中轴线上的后端、中间、前端,4、5、6号测点分别位于靠近中隔墙的后端、中间、前端。结果表明,测点2、5振动加速度响应值相对较大,且最大值在测点2处,测点5由于在有中隔墙一侧相对较小,测点4、5、6由于相邻的中隔墙承受了一定的列车竖向冲击荷载作用,导致振动加速度均略小于测点1、2、3。(5)根据实际工况在数值模型中设置与实际监测位置相对应的节点进行数值模拟并对比分析,数值模型的模拟结果在振动加速度响应规律上与现场实测数据规律基本吻合,验证了模型的合理性,也进一步证明了框构箱涵在顶力以及列车行驶产生的竖向动荷载作用下稳定性良好。
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