多年冻土区铁路桥台-路基水热力耦合数值分析

为研究多年冻土区铁路桥梁桥台冻胀倾斜病害的形成机理,并分析其变形规律,针对这一病害建立桥台-路基有限元模型,分析桥台后路基温度场特征及桥台冻胀倾斜规律。基于非饱和土渗流和热传导理论,联立冻土水热微分方程,并使用含冰量计算变形场从而实现水热力三场耦合。利用COMSOL软件建立三维桥台-路基水热力耦合模型,通过室内冻融试验验证该模型的有效性。最后以某多年冻土区铁路桥台为例,对桥台后路基未来30年间冻土上限、桥台冻胀倾斜展开研究分析。结果表明:在未来30年桥台后路基多年冻土上限呈现持续下降趋势,但桥台横截面冷空气的持续输入影响了路基不同位置处的冻土上限下降深度。在距离桥台4 m处路基多年冻土上限阳坡坡脚未来30年下降0.99 m、路基中心处下降0.92 m。在距桥台16 m处路基冻土上限阳坡坡脚未来30年下降1.6 m、路基中心下降1.81 m。在未来30年间,桥台后路基持续发生差异性水平冻胀,顶端累计水平位移155.6 mm、底端累计位移23.6 mm,桥台整体发生倾斜。

多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及易损性研究

多年冻土区铁路桥梁工程中广泛采用高承台桩基础形式,多年冻土层的存在会对铁路桥梁高承台桩基础抗震性能产生显著影响。为系统研究多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能,确保其合理的抗震设计,首先开展冻土-桩基础相互作用拟静力室内模型试验,并建立多年冻土区铁路桥梁桩基础有限元模型,分析多年冻土层对高承台桩基础地震破坏机理及抗震性能的影响规律;其次在验证有限元建模方法正确性的基础上,对拟静力试验中的原型桥梁桩基础进行IDA时程分析,并对96条地震波作用下桩基础地震反应的平均值进行线性回归分析,进而得到不同条件下桥梁高承台桩基础在不同破坏状态所对应的地震易损性曲线。结果表明,多年冻土层的存在能有效提高桩-土体系的水平承载力及变形能力,增强其整体刚度和耗能能力,同时也会改变桩基础的地震破坏模式,使桩基础的塑性区域扩大,破坏程度显著增加;随着地面峰值加速度PGA的增加,不同损伤状态下桥梁桩基础的破坏概率逐渐增加;随着多年冻土的退化,桩身最大曲率明显减小,高承台桩基础的破坏概率大幅度下降,而墩顶最大位移明显增大,降低了桩基础的地震稳定性;随着桩身自由段长度的增加,桩身最大曲率和墩顶最大位移均呈增大趋势,桥梁高承台桩基础的地震易损性逐渐增大。因此,对多年冻土区铁路桥梁高承台桩基础进行抗震设计时,应充分考虑多年冻土层和桩身自由段长度对其抗震性能产生的不利影响。

冻土上限下移对桥梁桩基竖向承载力的影响分析

在全球气候变暖大气升温,以及人为因素的影响下,多年冻土地区的工程基础受冻土上限的变化影响,其竖向承载能力会发生一定程度的改变。本文针对青藏铁路桥梁桩基竖向承载性能问题,进行数值模拟研究和理论解分析。通过在冻土上限变化条件下铁路桥梁桩基的内力和变位分析的对比,获得冻土上限变化对桥梁桩基竖向承载力的受力效果分析。