【摘 要】本文针对铁路路基桩板结构的国内外理论研究现状进行了总结，对桩板结构检算设计中的技术问题进行了深入探讨，对国内路基桩板结构的检算、设计方法进行了调研和总结，展望了程序化设计的可能性。
【关键词】桩板结构，理论研究，检算，有限元，程序化
0 概述
随着高速铁路建设的发展，土质路基难以满足控制沉降的要求，因此桩板结构作为一种新型的轨下基础结构，兼有桩基工程与梁板结构的优点，在国内外的工程应用方面并不多见，理论研究严重滞后于工程实践，也没有对应的成熟设计软件。
桩板结构从使用功能的角度划分，可以分为地基处理式和路基结构式。从埋深角度划分，可分为上承式和埋入式。从跨度布置划分，可分为连续式和分联式。从静定结构划分，可分为超静定式和非超静定式。
路基桩板结构的设计理论与使用性能研究以岩土力学、结构力学、震动力学及电子计算技术等多个学科为基础，探讨桩板结构的数学模型、荷载传递机制、耦合振动效应、岩土介质与结构静动力相互作用、激振试验技术和计算分析方法等众多学术与技术问题，为桩板结构的静动力可靠性分析和设计计算提供理论与技术支撑，是一项涉及多个子学科领域、极富学术内涵且又具有广泛工程应用前景的科学研究。
1 理论研究现状
目前，在国内外的实际工程中出现了各种形式的桩板结构，但从原理上来说，都是通过承台版与托梁传递荷载到桩体，再扩散到土体和基底，从而达到控制地基路基沉降与变形破坏的目的。目前国内桩板结构的研究，以苏谦教授等学者的研究较为前沿，苏教授团队从结构选型、设计理论、优化分析、数值模拟、室内模型试验、现场实测试验、激振试验、行车试验等各个角度，对桩板结构进行了深入的理论分析和模拟、试验论证，为后续研究提供了有力支撑。
桩板结构承台版一般属于弹性薄板，要求得薄板结构微小变形情况下的严密解答，就须在给定的边界条件下求得基本微分方程的解析解，这在数学上是十分困难的，只有一些简单、规则的结构才能得到解法。对于简单的四边简支矩形的矩形板，1820年法国数学家Navier最早提出了有名的双三角级数解法；对于简单的两对边简支的矩形板，1899年M.Levy又提出了单三角级数的解法。但是在实际应用中，形状变异且具有任意点支承的承台板结构是无法得出这种解析解的，只能采用有限元法求得近似解。
桩板结构为多自由度超静定结构，进行受力分析时，不仅要考虑桩土相互作用，还要考虑温度应力及桩基不均匀沉降的影响，分析过程较为复杂，且存在诸多难点，桩板结构完全按照结构的实际情况进行力学分析是不可能的，也是不必要的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此对桩板结构进行力学计算之前，可以加以简化，略去不重要的细节，显示其基本特点，用一个简化的计算模型来代替实际结构。
承台版与桩基刚接，构成线路纵向方向上的钢架，限制桩板结构路基纵向位移。托梁和桩基刚接，构成线路横向方向上的刚架，限制桩板结构路基横向位移。承台和托梁有类似主次梁的支承关系，承台版、托梁、桩基组合构成空间刚架体系，具有较大的刚度和纵横向稳定性。路基桩板结构属于嵌入土体中的空间刚架结构，直接计算分析较为困难，为了简化计算可以将其分解为平面结构。分解方法是沿纵向和横向分别按平面结构考虑，首先可把空间刚架看作双向正交刚架体系，然后将其分解为平面刚架。按等刚度原则，把空间的桩板结构分别按纵向、横向转化为平面结构进行分析，同时结构自重恒载与列车活载简化为均布荷载作用在平面杆件上。
平面刚架结构可采用力矩分配法、力法求解承台版、托梁的内力及变形，用M法求解桩的内力及变形，用分层总和法分析桩的工后沉降。
桩位于土中，其转动刚度应为桩与土共同作用的结果，应由土的性质、桩长、桩的截面形状和尺寸、桩的材料等决定。这个刚度为“桩土综合转动刚度”，桩土综合转动刚度，可由温克尔的“弹性地基”假说为理论基础，由地基系数法推导得出。
桩板结构的温度力计算理论，通过建立桩板结点的变形协调方程，来求解温度应力。
2 分析、设计方法现状
（一）国内各大铁路设计院桩板结构设计概况
国内设计院尚无成熟的桩板结构设计软件可供使用，分析设计基本依靠手算和有限元检算，手动配筋和绘图。
（二）展望
目前国内外桩板结构工程应用已有诸多成功实例，虽然理论研究方法尚未成熟，但在有限元分析模拟及现场试验、行车试验的基础上，半理论半试验的分析论证方法，已经足够支持工程设计。
若空间立体结构简化为平面钢架结构的额分析方法，将理论简化到能够进行手算的程度，并用模拟、试验数据对计算结果进行修正，采用程序化的设计方法，将分析、检算、绘图过程用软件进行，能够大幅提高生产效率。
目前行业内程序化的软件均在开发中，桩板结构的程序化、软件化设计即将实现。
参考文献：
[1]李海光,新型支挡结构设计与工程实例[M].北京:人民交通出版社
[2] 苏谦 罗照新 王迅 高速铁路路基非埋式桩板结构理论与实践 [M].北京:中国铁道出版社
[3 王峰,高速铁路无砟轨道桩板结构路基理论与实践 [M].北京:中国铁道出版社
论文作者:靳绍岩
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第15期
论文发表时间:2016/11/10
标签：结构论文; 路基论文; 刚度论文; 理论论文; 桩基论文; 静定论文; 方法论文; 《低碳地产》2016年8月第15期论文;