框架式地道桥设计理论与应用

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 国内外地道桥发展概况 2

1.2.1 国内发展概况 2

1.2.2 国外发展概况 4

1.3 框架式地道桥结构内力分析方法及原理概述 5

1.3.1 框架式地道桥结构内力分析方法 5

1.3.2 传统框架式地道桥结构内力分析原理 5

1.4 框架式地道桥设计存在的问题和发展方向 7

1.4.1 框架式地道桥设计存在的问题 7

1.4.2 框架式地道桥的发展方向 8

第2章 框架式地道桥的设计荷载 9

2.1 荷载类型 9

2.2 恒载 10

2.2.1 结构自重计算 10

2.2.2 土压力 12

2.2.3 混凝土收缩的影响 13

2.3 活载 14

2.3.1 一般铁路活载 14

2.3.2 冲击作用 18

2.3.3 列车活载引起的水平土压力 18

2.3.4 公路活载与人行道活载 19

2.3.5 高速铁路活载 20

2.4 附加力 22

2.4.1 一般铁路制动力 22

2.4.2 高速铁路制动力 22

2.4.3 温度变化的影响 22

2.5 框架式地道桥荷载汇总 23

第3章 框架式地道桥计算方法 24

3.1 框架式地道桥计算方法的发展 24

3.2 框架式地道桥结构力学计算理论 25

3.2.1 计算方法 25

3.2.2 计算公式 27

3.3 框架式地道桥的有限元计算 42

3.3.1 框架式地道桥的有限元计算理论 43

3.3.2 框架式地道桥的有限元计算实例 56

3.4 框架式地道桥计算方法存在的问题 65

第4章 框架式地道桥的结构设计 67

4.1 概述 67

4.2 框架式地道桥方案设计阶段应考虑的因素 67

4.2.1 路桥总体方案 68

4.2.2 地质条件 68

4.2.3 其他因素 69

4.3 结构形式的选择及截面尺寸的拟订 69

4.3.1 框架式地道桥结构形式的选择 69

4.3.2 框架式地道桥截面尺寸的拟订 71

4.4 框架式地道桥结构设计的基本假定 72

4.5 框架式地道桥内力组合 72

4.6 框架式地道桥配筋计算方法 73

4.6.1 板壳理论概述 73

4.6.2 正交框架式地道桥各截面配筋设计 73

4.6.3 斜交配筋的钢筋混凝土板的配筋计算 77

4.6.4 顶、底板配筋原理 78

4.6.5 框架式地道桥墙体配筋计算 80

4.7 斜交框架式地道桥力学特性分析 86

4.7.1 斜交框架式地道桥近似计算方法的讨论 86

4.7.2 内力计算 90

4.7.3 结构配筋特点 91

4.7.4 对大斜交框架式地道桥配筋的建议 92

第5章 框架式地道桥设计软件系统 94

5.1 框架式地道桥设计软件系统简介 94

5.2 软件系统的开发说明 94

5.2.1 总体编程流程图 94

5.2.2 前处理模块 95

5.2.3 计算分析模块 98

5.2.4 后处理模块 100

5.2.5 图形显示模块 101

5.2.6 配筋在程序中的实现 101

5.2.7 CAD绘图模块 106

5.3 软件应用实例 107

5.3.1 工程概况 107

5.3.2 沿铁路线路方向的配筋计算结果 111

5.3.3 垂直于铁路线路方向的配筋计算结果 112

5.3.4 与实际配筋对比结果 112

第6章 框架式地道桥的计算算例 113

6.1 工程概况 113

6.1.1 地质条件 113

6.1.2 水文地质条件 113

6.1.3 设计荷载 114

6.1.4 结构设计原则 114

6.1.5 主要建筑材料 114

6.1.6 附属结构及工程 115

6.2 四孔框架式地道桥按极限状态法分析计算算例 116

6.2.1 顶、底板配筋 116

6.2.2 墙体配筋 120

6.2.3 框架角隅配筋验算 123

6.3 四孔框架式地道桥按容许应力法分析计算算例 123

第7章 框架式预应力地道桥的设计和计算 125

7.1 预应力技术发展概述 125

7.2 预应力技术介绍及其优点 126

7.3 荷载平衡法及其在框架结构中的应用 128

7.3.1 预应力等效荷载原理 128

7.3.2 荷载平衡法原理 132

7.3.3 荷载平衡法的设计步骤 133

7.3.4 荷载平衡法在框架结构中的应用 134

7.3.5 荷载平衡法的局限性 135

7.4 框架式预应力地道桥结构设计 135

7.4.1 预应力框架结构的截面尺寸拟订 135

7.4.2 预应力筋的估算 137

7.4.3 预应力筋的布置方式 138

7.4.4 张拉控制应力及偏心距的确定 139

7.4.5 预应力损失的计算 140

7.5 框架式预应力混凝土地道桥施加预应力的方法 142

7.6 框架式地道桥的计算算例 143

7.6.1 结构尺寸拟订和内力组合分析 143

7.6.2 预应力筋的配置 146

7.6.3 非预应力筋的配置 156

7.6.4 抗裂验算 159

7.6.5 构造要求 163

第8章 框架式预应力地道桥设计软件系统 164

8.1 概述 164

8.2 预应力筋配置计算理论 165

8.2.1 预应力筋束的线形选择 165

8.2.2 预应力筋布置计算过程介绍 166

8.2.3 预应力筋配置程序总体设计 167

8.3 内力计算分析模块的改进与开发 168

8.3.1 内力计算分析模块简介 168

8.3.2 针对预应力配筋的开发内容 169

8.3.3 内力计算分析模块设计 169

8.3.4 前处理及后处理模块的设计 170

8.3.5 内力计算分析程序的使用说明 171

8.4 预应力筋配置计算模块的开发 177

8.4.1 预应力计算过程中的相关理论 178

8.4.2 预应力配筋计算程序的实现 185

8.4.3 CAD绘图模块的程序实现 195

8.5 框架式预应力地道桥设计软件系统验证实例 196

8.5.1 工程概况 197

8.5.2 软件系统计算结果 197

8.5.3 软件系统验证 200

第9章 线路加固设计 204

9.1 概述 204

9.2 线路加固方法介绍 204

9.2.1 吊轨横梁法和吊轨加纵横梁法 204

9.2.2 工字钢束梁 207

9.2.3 便梁加固法 209

9.3 无缝线路加固方法 215

9.3.1 无缝线路加固的一般做法 215

9.3.2 桥体位于无缝线路不同区段的加固方法 215

9.3.3 在无缝线路固定区顶桥施工 217

9.3.4 对无缝线路变形的分析和处理 217

9.4 地道桥顶进法施工对既有轨道动态特性的影响 218

9.4.1 研究的目的与方法 218

9.4.2 数据分析结果 219

9.4.3 相关结论 220

9.5 提高限速的加强措施 220

第10章 工作坑和排降水设计 222

10.1 工作坑的类型 222

10.2 工作坑设置的原则 223

10.3 工作坑设计和施工中应考虑的因素 224

10.4 工作坑的支护设计 224

10.4.1 排桩支护 224

10.4.2 地下连续墙围护 228

10.4.3 水泥土墙围护 229

10.4.4 SMW工法挡墙 229

10.4.5 土钉墙支护 230

10.4.6 预应力鱼腹梁钢支撑支护 230

10.5 施工排降水 231

10.5.1 地道桥排降水的重要性 231

10.5.2 工作坑的排降水 232

10.5.3 雨水流量计算 232

10.6 路基内的降水 233

10.6.1 地下水涌水量计算 234

10.6.2 井点间距及数量的确定 238

10.6.3 计算实例 239

第11章 引道及泵站设计 241

11.1 概述 241

11.2 分离式引道 242

11.2.1 引道的横断面形式 242

11.2.2 挡土墙设计 243

11.2.3 路面 243

11.2.4 栏杆及照明 244

11.3 封闭式引道 244

11.4 引道排水管道设计 245

11.4.1 一般原则 245

11.4.2 引道内排水量的计算 245

11.4.3 雨水口及井箅的设计 246

11.4.4 雨水管渠及附属构筑物的设计 247

11.5 盲沟设计 248

11.6 排水泵站设计 249

11.6.1 一般规定 249

11.6.2 排水泵站位置的选择 250

11.7 桥面与边墙外侧防水与排水 250

第12章 框架式地道桥顶进施工方法 252

12.1 框架式地道桥顶进法概述 252

12.1.1 顶进法简介 252

12.1.2 框架式地道桥顶进法简介 253

12.2 顶进法分类 254

12.2.1 一次顶入法 254

12.2.2 中继间法 254

12.2.3 顶拉法 255

12.2.4 多箱分次顶进法 257

12.2.5 对顶法 258

12.2.6 开槽顶进法 259

12.2.7 牵引法 259

12.2.8 顶进刚构与顶梁结合法 260

12.2.9 管幕-箱涵顶进法 261

12.2.10 桥式盾构法 263

12.3 顶进方法方案比选 264

12.3.1 总体原则 264

12.3.2 不同顶进方法的优缺点比较 265

12.4 斜交框架式地道桥顶进 266

12.5 顶进作业 267

12.5.1 现场调查 267

12.5.2 顶进设备 268

12.5.3 顶进作业 271

12.5.4 恢复线路 274

12.6 软土地基上的顶进作业 275

12.6.1 软土地基顶进施工特点 275

12.6.2 门槛设置及滑板接长 275

12.6.3 软土地基加固处理方式的选择 276

第13章 滑板与箱涵制作 279

13.1 滑板 279

13.1.1 滑板的作用及其技术要求 279

13.1.2 滑板的结构形式 279

13.1.3 滑板的种类 280

13.1.4 滑板施工要点 282

13.1.5 地锚梁设置 282

13.1.6 润滑隔离层 283

13.2 箱涵预制 283

13.2.1 钢筋工程 284

13.2.2 模板工程 285

13.2.3 混凝土工程 287

13.2.4 船头坡的设置 288

13.2.5 刃角的设置 289

13.2.6 转正块的设置 292

13.2.7 防止桥体混凝土产生温差裂缝的措施 292

13.2.8 后浇带施工 293

13.2.9 箱涵防水层设置 293

13.2.10 箱涵预制施工质量控制 294

第14章 顶力计算与后背墙设计 296

14.1 概述 296

14.2 顶力计算 296

14.2.1 顶进阻力的分类 296

14.2.2 顶力计算方法 296

14.2.3 顶力简易估算 297

14.2.4 斜交顶进顶力计算 297

14.2.5 顶桥最大顶力检算 298

14.2.6 减小箱涵与土之间的摩擦力的措施 298

14.3 后背墙设计 299

14.3.1 后背墙的类型及构造 299

14.3.2 后背墙承受顶力后的变形特点 301

14.3.3 重力式后背墙设计 302

14.3.4 钢板桩式后背墙设计 305

14.3.5 板桩式后背墙的稳定性验算 308

14.3.6 拼装式后背墙的设计 309

14.3.7 后背梁的设计 310

14.3.8 修建后背墙的注意事项 311

第15章 框架式地道桥施工现场测量与控制技术 312

15.1 框架式地道桥施工过程中存在的问题 312

15.2 地道桥顶进自动化控制系统 312

15.3 施工中的自动化监测技术 316

15.3.1 自动化施工的原理 316

15.3.2 光纤检测技术在地道桥施工监测中的应用 316

15.4 顶进方向及高程的控制 317

15.4.1 顶进中的方向控制 317

15.4.2 顶进中的高程控制 318

15.5 顶进方向和高程的自动化监测 321

15.6 框架式地道桥现场测量工程实例 322

15.6.1 框架式地道桥施工过程现场测量 322

15.6.2 框架式地道桥成桥状态现场测量 325

参考文献 328

后记 331