基于MIDAS的下穿铁路斜交框架桥的有限元分析

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ｍ的粉砂 。框 架桥 持力层作用在粉砂层上 。
２ 有 限元 模型 建立
通过 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ软 件 建 立 结 构 模 型 （ 图２ ） ， 模 型主要包括＿ ［
程土体 、 排桩 、 内支撑 、 铁路荷 载等几个 部分。模型 的左右边 界采用限制水平位移 ， 模 型的底部边界采用 限制水平 位移和
穿公路为 交通运 输 干 道 ， 属 于一级 公 路 。斜 交框 架 桥采 用 Ｃ ３ ０钢筋混凝 土封 闭式 的框 架结构 ， 选择 整体顶 进法进 行施 工。框架直接做在铁路轨道底板 以下 ， 顶板厚 １ ． １ ｍ， 底板厚
１ ． ２ ｍ， 中墙 厚 １ ． ０ ｍ， 边墙 厚 １ ． １ ｍ。顶 板 与边 墙 间 设 ０ ． ８ ｍ
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图１ 公 铁 立 交 工程 下 穿框 架桥 结 构 布 置
拟建场地位于松花江阶地和 冲积 平原 ， 地层情况 从上往
下为 ： 厚约 ２ ． ５ ｍ 的 杂填 土 ， 厚约 ２ ｍ 的粉质黏 土 ， 厚约 ８ ． ５ ｍ 的 粉砂 ， 厚约 ３ ． ５ ｍ 的细 砂 ， 厚约 ３ ｍ 的粉 质黏 土 和 厚 约 ２
・
铁
路
与
公
路 ・
基于 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ的 下 穿铁 路 斜 交 框 架 桥 的 有 限 元 分析
赵 海 粟
（ 中铁 四院集 团 岩土工 程有 限责 任公 司 ， 湖 北武 汉 ４ ３ ０ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 在新建公铁 立交工程 的施 工过 程 中会对上 面既有铁路造成一 定的影响 ， 运用 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ有限元
分析软件 建立公路 下穿既有铁路框 架桥 施工的三维模 型 ， 分 别模拟 计算单 面开挖 和对称 开挖 两种 不 同Ｒ ＿ ｖ － 条件 下对既有铁路 的影 响， 分析铁路 的空间位 移情况 ， 为本 工程和 以后 类似 工程的设计施工提供参考 。
【 关键词 】 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ ； 下穿铁路 ； 框 架桥 ； 位移 【 中图分类号 】 ｕ ４ ４ ｌ ． ７
随 着 经 济 建 设 的发 展 ， 新 建 公 路 下 穿 既 有 铁 路 的 公 铁 立 交 工 程 逐 渐 增 多 。为 了保 障既 有 铁 路 的 安 全 ， 需对 下穿公路
【 文献标志码 】 Ａ
＋１ ３ ｍ ＋１ ７ ｍ。 上 层铁 路 为 繁 忙 干 线 ， 属于 国家 Ｉ 级铁 路 ； 下
基本设计规范》 给； ｔ ｉ 的桥 涵结 构恒 载计 算值 ： 混 凝土 为容 重 为２ ５ ｋ Ｎ ／ ｍ ； 碎石 道砟 容重 为 ２ １ ｋ Ｎ ／ ｍ ； 防 水层 容重 为 ２ ０ ｋ Ｎ ／ ｍ 。在模 拟计 算 巾换 算 为均 布荷 载作 用在 结构 顶板
上， 沿 板 的 法 线 方 向 垂 直 向下 。 （ ２ ） 土 的侧 压 力 。
Ｃ ｏ ｕ ｌ ｏ ｍｂ 模 型。
（ １ ） 结 构 自重及 顶 板的 路线 设备 重量 ， 按照《 铁 路桥 涵
［ 定稿 日期］ ２ ０ １ ７— ０ ３—０ ３ ［ 作者简介］ 赵 海粟（ １ ９ ８ ２～） ， 男， 本科， 工程 师， 从 事岩
土工程勘察 、 设计 、 施 工 工作 。
垂直位移 ， 模型中考虑土 的自重 ， 模型 中支护排桩采 用板单元
模拟 ， 通过吸取板单元建立 。内支撑采用桁架单 元模拟 。土体 采用空间 ８ 节点的实体单元进行模拟 ， 每个节点有 ３个 自由度 。
２ ． １ 基 本 假 设
图２
结 构模 型
（ ３ ） 考虑方便建立模 型 ， 模 型 中将 灌注桩 等刚度 为地 连 墙来进行 支护。
２ ． ２ 荷 载 选 取 ２ ． ２ ． １ 恒 载
为 了方 便计 算和 建模方 便 ， 对 Ｍ Ｉ Ｄ Ａ Ｓ数 值模 拟建 立如
下假定 ：
（ １ ） 内支撑 和支 护结 构在 开挖 过程 中处 于 弹性 受 力状 态， 土体为理想 弹塑性体 介质 ， 土体 的本构 关系采 用 Ｍｏ ｈ ｒ —
（ ２ ） 根据成熟的经验 和实践 总结 ， 基坑 开挖 的影响 范围
大致 为 基 坑 开 挖 深 度 的 ２— ３倍 … 。
四川建 筑
第３ ７卷 ２期
２ ０ １ ７ ． ０ ４
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铁
路
与
公
路Baidu Nhomakorabea
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路 的ｉ维有限元影响分析 。 ３ ． １ 单 面开 挖 对 既 有 铁 路 的 影 响 按 照 Ｔ况 ， 做 好支护 桩后 ， 第 一 步 开 挖 至 一１ ｍ， 施 做 冠 梁 及 钢 管 内支 撑 ， 第 二步开挖至 一 ３ ｍ， 第 步 开 挖 至 一 ５ ｉ ｎ ，
第四 步开挖 至底。图 ３和陶 ４为开挖 至底时 周边土 体的 水 平位移和竖 向位移情况 。
框架 两侧 土的侧乐 力按照 库伦 理论 所推导 的 主动土 压
施工过程和施工结束 后正 常运 营对 既有铁 路 的影响进 行 安
全评估 。
１ 工程概 况
哈尔滨市某新建公铁立交工程 ， 新建公 路采用 斜交框架 桥的形式 以约 ８ ９ 。 的角度下穿某既有铁路 ， 其设计孑 Ｌ 径为 １ ７ ｍ
ｘ ２ ． ４ ｍ的夹腋 ， 边墙 与底 板间设 ０ ． ３ Ｉ ｎ Ｘ ０ ． ３ ｍ的抹 角 ， 框 架桥结构净高 ７ ． ８ ５ Ｉ ｎ ＇ 使用净高 ５ ｍ（ 图１ ） 。