铁路桥梁桩基承台力学分析及配筋探讨
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收 稿 日期 ：２０１５—１２—１１ 作者简介 ：汪鹏翔 （１９８３一 ），男 ，２０１０年毕业 于石家 庄铁道 大学桥梁 工 程专业 ，工学硕士 ，工程师 。
梁 的承 台基本 参考 此标 准来 进行 设计 。多年 的实践 结 果 也表 明此 方法是 安 全 可 靠 的 ，但 长 期 以来 一 直 没 有 给 出合 理 的理论计 算 支撑 。
国 内铁 路 承 台设 计 采 用 控制 刚性 角 、顶 底 面设 置 纵 横 向钢筋 的办法 保证 承 台安 全 。随着 我 国大量 高标 准 客运 专线 的建设 ，铁 道 部 曾发 布 的铁 建设 函 ［２００６］ ３３８号 《关 于发 布 客 运 专 线 铁 路 加 强 抗 震 设 计 技 术 要 求 的通 知 》（已废 止 ）规 定 ：“承 台采 用 六 面 配 筋 ，顶 面 钢 筋 的直径 不 应 小 于 １６ ｍｍ、间距 不 应 大 于 １５ ｃｍ；底 面钢筋的设 置应根据受力计算确定 ，其余 四面按构造 要 求 配筋 ”。近年 来 客运 专 线 及 部 分 客货 共 线 铁 路 桥
２ 研究方法
承 台计 算 的两 个 主要 问 题 ：一 是 考 虑 受 冲 切 、受 剪 、撑 杆确 定承 台厚 度 ；其 次按 悬臂 梁法 或 系杆计 算承 台底 的受 拉 钢 筋 数 量 。对 于 抗 冲切 和抗 剪 的分 析 评 价 ，需要进行大量的试验工作。按现行铁路规范的要 求 ，铁路桥梁承台一般具有较大的厚度 ，抗冲切抗剪不 控制 设计 。以下对 冲切 、抗 剪 以及基 于耐 久 性 方 面 考 虑 的承 台侧 面构造 配 筋 不 做探 讨 ，而着 重 对 受 计 算 控 制 且配置 较 多 的承 台底 面钢 筋设 计进 行论 述 。
关 键词 铁 路桥 梁 桩 基承 台 配筋 计 算方 法 中 图分 类 号 ：Ｕ４４３．２５；ＴＵ７５５．３ 文献标 识码 ：Ｂ
１ 概 述
对 于 桩基 承 台 的设 计计 算 ，国内建 筑地 基规 范 、建 筑 桩 基 规 范 、美 国 规 范 （ＡＣＩ３１８—０２）采 用 “悬 臂 梁 法 ”，即将 承 台视 为一 般 悬 臂 梁 ，根 据 实验 得 到 的 破 坏 特点 ，按 钢筋 混凝 土 结构 进行 受弯 、受剪 、受 冲切 计算 ， 国 内公路 规 范 （ＪＴＧ６２－ ２００ ４ ）在 桩 间距 相对 较 大 的情 况下 也采 用 这种 受力 模 式 。当桩 间距 相对 较小 时 还引 入美 国公 路桥 梁 规范 《ＡＡＳＨＴＯ ＬＲＦＤ Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，ＣｕｓｔｏｍａｒｙＵ．Ｓ．Ｕｎｉｔｓ＞），按 空间桁 架模型 进行 承 台设 计 ，按 “撑杆 一系 杆体 系 ”进 行 承 台计 算 。
铁路桥 梁桩 基承台力学分 析及配筋探讨 ：汪鹏翔
文章 编 号 ：１６７２—７４７９（２０１６）０１—０１０７—０４
１０７
铁 路 桥 梁 桩 基 承 台力 学 分 析 及 配 筋 探讨
汪鹏 翔
（中铁工程设计 咨询集团有限公司 ，北 京 １０００５５）
Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｉｌｅ Ｃａｐ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍ ｅｎｔ
Ｗ ＡＮＧ Ｐｅｎｇｘｉａｎｇ
摘 要 现 行铁路 设 计规 范提 出承 台的厚 度及 配 筋 应根 据 受 力情 况确 定 ，在 条 文 及 条 文说 明 中提 出厚 度 、混凝 土 强度 、刚性 角、底 面钢 筋 面积 等要 求 ，但 没 有 明确 承 台计 算 方 法 。依托 实 际 工程 项 目，对 典 型承 台在 不 同桩 间距 、桩基 刚度 情 况 下进 行 受 力分 析 。对 比有 限元模 型 计 算 结果 与 现行 国 内外 比较 通行 的建 筑 、公路 规 范的计 算结 果 ，结合 国 内常规铁 路桥 梁承 台设计 的经 验 ，提 出经济 、合 理 的承 台配 筋 设计 计 算 方法 。 ·
１０８
铁 道 勘 察
２０１６年 第 １期
计算 过程 以实 际工程 应用 中某特 定工 况下 某类 型
Ｃ０取 ３００—１５ ０００ ＭＰａ／ｍ；
承台为代表 ，在荷载与承台厚பைடு நூலகம்不变的情况下 ，分析影 响 承 台底 面 配 筋 的 两个 主 要 因素 ，即桩 基 刚 度 和 桩 间距 。
承 台结 构受力 模 式 在本 质 上 可 以理 解 为 “墩 底 荷 载 作用 于数个 支 撑点 的钢 筋 混凝 土厚 板 ”。通 过 分 析 国 内外 常用 的计算 理 论 ，建 筑 与 公 路 承 台受 力 模 式 基 本 明确 ，计算 理论 成 熟 ，在 力学 性能 与铁 路桥梁 承 台有 较 多共 同点 ，在计 算 方 法 和思 路 上 公 路 承 台 与铁 路 承 台尤 为相 近 。因此 ，本 次研 究 通 过 建 立 承 台 的有 限元 模 型进 行受 力分 析 ，并 按 现行 铁 路 钢 筋 混 凝 土 结构 进 行 配 筋计算 ，由此进 一 步 考 察验 证 各 种 理 论 计 算 方法 应用 于铁 路桥 梁承 台设 计 的可行 性 。
Ａ。—— 桩底 平 面地基 的受压 面 积 ，对 于一 般 的铁 路桥 梁承 台摩擦 桩 ，Ａ。为 以桩 间距 为直径 的圆形 面积 ；柱 桩 Ａ。＝Ａ。
３ 有 限 元模 型 建 立
选用 某 客运专 线典 型 １２桩 承 台进行 有限元 计算 ， 该 种承 台 应 用 于 多 种 地 质 条 件 中 ，承 台 厚 ３ ｍ，共 ｌ２根 直径 １．２５ ｍ 摩 擦 桩 ；有 限元 计 算 采 用 通 用 的 Ａｎｓｙｓ软件 ，选用 Ｓｏｌｉｄ９５单元建立空间实体模型。承 台底建立 １ ｍ桩长 ，承台顶部建立 １ ｍ高度墩身，桩底 采 用 ｃｏｍｂｉｎｌ４单 元施 加 弹性 约束 ，墩 顶部施 加典 型荷 载 （竖 向力４１ ８１４ ｋＮ；横 向作用 时 横 向水平 力 ７６０ ｋＮ、 横 向 弯 矩 ３５ ３１５ ｋＮ ·ｍ；纵 向 作 用 时 纵 向 水 平 力 ６０４ ｋＮ、纵 向弯矩１６ ５８７ ｋＮ，其余荷 载为 ０，分别计算 横 向作 用和 纵 向作 用 ）。桩底 约 束 包含 桩底 竖 向弹 性 约束 和水平 固结 约束 ，有 限元 模 型单元 如 图 １所示 。
梁 的承 台基本 参考 此标 准来 进行 设计 。多年 的实践 结 果 也表 明此 方法是 安 全 可 靠 的 ，但 长 期 以来 一 直 没 有 给 出合 理 的理论计 算 支撑 。
国 内铁 路 承 台设 计 采 用 控制 刚性 角 、顶 底 面设 置 纵 横 向钢筋 的办法 保证 承 台安 全 。随着 我 国大量 高标 准 客运 专线 的建设 ，铁 道 部 曾发 布 的铁 建设 函 ［２００６］ ３３８号 《关 于发 布 客 运 专 线 铁 路 加 强 抗 震 设 计 技 术 要 求 的通 知 》（已废 止 ）规 定 ：“承 台采 用 六 面 配 筋 ，顶 面 钢 筋 的直径 不 应 小 于 １６ ｍｍ、间距 不 应 大 于 １５ ｃｍ；底 面钢筋的设 置应根据受力计算确定 ，其余 四面按构造 要 求 配筋 ”。近年 来 客运 专 线 及 部 分 客货 共 线 铁 路 桥
２ 研究方法
承 台计 算 的两 个 主要 问 题 ：一 是 考 虑 受 冲 切 、受 剪 、撑 杆确 定承 台厚 度 ；其 次按 悬臂 梁法 或 系杆计 算承 台底 的受 拉 钢 筋 数 量 。对 于 抗 冲切 和抗 剪 的分 析 评 价 ，需要进行大量的试验工作。按现行铁路规范的要 求 ，铁路桥梁承台一般具有较大的厚度 ，抗冲切抗剪不 控制 设计 。以下对 冲切 、抗 剪 以及基 于耐 久 性 方 面 考 虑 的承 台侧 面构造 配 筋 不 做探 讨 ，而着 重 对 受 计 算 控 制 且配置 较 多 的承 台底 面钢 筋设 计进 行论 述 。
关 键词 铁 路桥 梁 桩 基承 台 配筋 计 算方 法 中 图分 类 号 ：Ｕ４４３．２５；ＴＵ７５５．３ 文献标 识码 ：Ｂ
１ 概 述
对 于 桩基 承 台 的设 计计 算 ，国内建 筑地 基规 范 、建 筑 桩 基 规 范 、美 国 规 范 （ＡＣＩ３１８—０２）采 用 “悬 臂 梁 法 ”，即将 承 台视 为一 般 悬 臂 梁 ，根 据 实验 得 到 的 破 坏 特点 ，按 钢筋 混凝 土 结构 进行 受弯 、受剪 、受 冲切 计算 ， 国 内公路 规 范 （ＪＴＧ６２－ ２００ ４ ）在 桩 间距 相对 较 大 的情 况下 也采 用 这种 受力 模 式 。当桩 间距 相对 较小 时 还引 入美 国公 路桥 梁 规范 《ＡＡＳＨＴＯ ＬＲＦＤ Ｂｒｉｄｇｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，ＣｕｓｔｏｍａｒｙＵ．Ｓ．Ｕｎｉｔｓ＞），按 空间桁 架模型 进行 承 台设 计 ，按 “撑杆 一系 杆体 系 ”进 行 承 台计 算 。
铁路桥 梁桩 基承台力学分 析及配筋探讨 ：汪鹏翔
文章 编 号 ：１６７２—７４７９（２０１６）０１—０１０７—０４
１０７
铁 路 桥 梁 桩 基 承 台力 学 分 析 及 配 筋 探讨
汪鹏 翔
（中铁工程设计 咨询集团有限公司 ，北 京 １０００５５）
Ｒａｉｌｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ Ｐｉｌｅ Ｃａｐ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍ ｅｎｔ
Ｗ ＡＮＧ Ｐｅｎｇｘｉａｎｇ
摘 要 现 行铁路 设 计规 范提 出承 台的厚 度及 配 筋 应根 据 受 力情 况确 定 ，在 条 文 及 条 文说 明 中提 出厚 度 、混凝 土 强度 、刚性 角、底 面钢 筋 面积 等要 求 ，但 没 有 明确 承 台计 算 方 法 。依托 实 际 工程 项 目，对 典 型承 台在 不 同桩 间距 、桩基 刚度 情 况 下进 行 受 力分 析 。对 比有 限元模 型 计 算 结果 与 现行 国 内外 比较 通行 的建 筑 、公路 规 范的计 算结 果 ，结合 国 内常规铁 路桥 梁承 台设计 的经 验 ，提 出经济 、合 理 的承 台配 筋 设计 计 算 方法 。 ·
１０８
铁 道 勘 察
２０１６年 第 １期
计算 过程 以实 际工程 应用 中某特 定工 况下 某类 型
Ｃ０取 ３００—１５ ０００ ＭＰａ／ｍ；
承台为代表 ，在荷载与承台厚பைடு நூலகம்不变的情况下 ，分析影 响 承 台底 面 配 筋 的 两个 主 要 因素 ，即桩 基 刚 度 和 桩 间距 。
承 台结 构受力 模 式 在本 质 上 可 以理 解 为 “墩 底 荷 载 作用 于数个 支 撑点 的钢 筋 混凝 土厚 板 ”。通 过 分 析 国 内外 常用 的计算 理 论 ，建 筑 与 公 路 承 台受 力 模 式 基 本 明确 ，计算 理论 成 熟 ，在 力学 性能 与铁 路桥梁 承 台有 较 多共 同点 ，在计 算 方 法 和思 路 上 公 路 承 台 与铁 路 承 台尤 为相 近 。因此 ，本 次研 究 通 过 建 立 承 台 的有 限元 模 型进 行受 力分 析 ，并 按 现行 铁 路 钢 筋 混 凝 土 结构 进 行 配 筋计算 ，由此进 一 步 考 察验 证 各 种 理 论 计 算 方法 应用 于铁 路桥 梁承 台设 计 的可行 性 。
Ａ。—— 桩底 平 面地基 的受压 面 积 ，对 于一 般 的铁 路桥 梁承 台摩擦 桩 ，Ａ。为 以桩 间距 为直径 的圆形 面积 ；柱 桩 Ａ。＝Ａ。
３ 有 限 元模 型 建 立
选用 某 客运专 线典 型 １２桩 承 台进行 有限元 计算 ， 该 种承 台 应 用 于 多 种 地 质 条 件 中 ，承 台 厚 ３ ｍ，共 ｌ２根 直径 １．２５ ｍ 摩 擦 桩 ；有 限元 计 算 采 用 通 用 的 Ａｎｓｙｓ软件 ，选用 Ｓｏｌｉｄ９５单元建立空间实体模型。承 台底建立 １ ｍ桩长 ，承台顶部建立 １ ｍ高度墩身，桩底 采 用 ｃｏｍｂｉｎｌ４单 元施 加 弹性 约束 ，墩 顶部施 加典 型荷 载 （竖 向力４１ ８１４ ｋＮ；横 向作用 时 横 向水平 力 ７６０ ｋＮ、 横 向 弯 矩 ３５ ３１５ ｋＮ ·ｍ；纵 向 作 用 时 纵 向 水 平 力 ６０４ ｋＮ、纵 向弯矩１６ ５８７ ｋＮ，其余荷 载为 ０，分别计算 横 向作 用和 纵 向作 用 ）。桩底 约 束 包含 桩底 竖 向弹 性 约束 和水平 固结 约束 ，有 限元 模 型单元 如 图 １所示 。