[发明专利]交通荷载减振结构及施工方法

权利要求书

1.一种交通荷载减振结构，包括未封闭交通的路基路面(1)、承载于路基路面(1)上的交通荷载(4)、路基路面(1)下的地基(3)和路基路面(1)外侧的地面(2)、多个支承于拓宽路基路面外侧下方并新浇在地基(3)中的桩基(5)，所述的路基路面(1)边缘外侧与多个桩基(5)之间设有碎石隔墙(6)，该碎石隔墙沿多个桩基(5)的纵向作延伸设置，减轻交通荷载(4)振动波对桩基(5)新浇混凝土的扰动；所述的路基路面(1)和地基(3)共同构成双层地基模型，上层的路基路面(1)为厚度h的弹性层，下层的地基(3)为各向同性弹性半空间,建立以上层的路基路面(1)底中心为坐标系原点O(0，0，0)，沿路基路面(1)横向为x轴、纵向为z轴、深度为y轴；所述的路基路面(1)纵向即z方向的交通荷载(4)简化为间隔l，并以速度沿方向V运行的竖直集中荷载，由于交通荷载(4)本身振动和路基路面(1)不平整，交通荷载(4)将产生振动，振动能分解为静态部分和动态部分，对动态部分采用傅里叶变换，则交通荷载(4)振动波简化为一系列的简谐振动，其振动谐波分量为p；由于交通荷载(4)的运动将产生波的传播，路基路面(1)横向x方向波数为k_x，路基路面(1)纵向z方向波数为k_z，振动时间为t；碎石隔墙(6)的碎石摩阻力与碎石隔墙(6)质点的剪切位移成正比即ηz_ss，η为碎石隔墙质点的剪切抗力系数，z_ss为碎石隔墙质点的剪切位移；交通荷载(4)振动波的振动偏微分方程、路基路面(1)和地基(3)中z方向的质点振动位移u_z(x，y，t)、碎石隔墙(6)质点受到的振动压力F_z(x，y，t)和振动加速度a_z、桩基(5)新浇混凝土的振动加速度a_h、成桥梁后桩基(5)最大弯矩M_max(y_max)由如下公式计算：

公式一、

交通荷载(4)振动波在路基路面(1)和地基(3)中z方向的质点位移u_z(x，y，t)满足如下偏微分方程

解偏微分方程得路基路面(1)和地基(3)中z方向质点位移分别为

公式二、

忽略碎石隔墙(6)与桩基(5)之间的交通荷载(4)振动波传播能量损失，由牛顿第二定律，桩基新浇混凝土质点受力后的振动加速度a_h满足如下方程

ρ₂a_z-ηz_ss＝ρ_ha_h

由剪切变形与剪切力的胡克定律，得碎石隔墙(6)质点的剪切位移和剪切模量需满足下列条件：

公式三、

在公式一、公式二和公式三中

u_z(x，y，t)——交通荷载(4)振动波在路基路面(1)和地基(3)中z方向的质点振动位移的统称，m；

σ_z(x，y，t)——交通荷载(4)振动波引起的路基路面(1)和地基(3)中z方向的质点正应力统称，kPa；

σ_zy(x，y，t)——交通荷载(4)振动波引起的路基路面(1)和地基(3)中zy平面的质点正应力统称，kPa；

τ_zx(x，y，t)——交通荷载(4)振动波引起的路基路面(1)和地基(3)中zx平面的质点剪切应力统称，kPa；

u_z1(x，y，t)——交通荷载(4)振动波在路基路面0≥y≥-h范围z方向的质点振动位移，m；

u_z2、u_z2(x，y，t)——交通荷载(4)振动波在地基yφ0范围z方向的质点振动位移，m；

m/s；

m/s；

v_s1、v_p1——分别为路基路面的交通荷载振动波压缩波速和剪切波速，rad/s；

v_s2、v_p2——分别为地基的交通荷载振动波压缩波速和剪切波速，rad/s；

G₁——路基路面(1)的剪切模量，kPa；

G₂——地基(3)的平均剪切模量，kPa；

G_ss——碎石隔墙(6)的剪切模量，kPa；

λ₁——路基路面(1)的Lame常数，kPa；

λ₂——地基(3)的Lame常数，kPa；

ω——交通荷载(4)振动波的角频率，rad/s；

k_x——交通荷载(4)振动波在x方向波数，rad/s；

k_z——交通荷载(4)振动波在z方向波数，rad/s；

ρ——路基路面(1)、地基(3)质量密度的统称,kg/m³；

ρ₁——路基路面(1)的质量密度,kg/m³；

ρ₂——地基(3)的质量密度,kg/m³；

ρ_ss——碎石隔墙(6)的质量密度,kg/m³；

ρ_h——桩基(3)新浇混凝土的质量密度,kg/m³；

p——路基路面(1)的交通荷载谐波分量，rad/s；

b——地基(3)的交通荷载谐波分量，rad/s；

A——交通荷载(4)谐波振幅有关的系数，m；

i——复数的虚数单位；

F_z(x，y，t)——交通荷载(4)振动波在碎石隔墙z方向受到的质点振动力，kN；

M_H、M_M——分别为桩基(5)地面(2)处顶部的水平荷载H₀、弯矩M₀作用时，任一深度t的弯矩，kN·m；

α——桩基(5)的变形系数，m^-1；

m——地基(3)的系数随深度变化的比例系数，kN/m⁴；

b₁——桩基(5)的计算宽度，m；

EI——桩基(5)的刚度，kPa·m⁴；

M_max(y_max)——从地面(2)开始计算的桩基(5)深度y_max的最大弯矩，由有限元或查有关规范提供的表格计算，kN·m；

l_h——从地面开始计算的桩基长度，m；

y_max——桩基(5)最大弯矩及对应最大弯矩的从地面(2)开始计算的深度，由有限元或查有关规范提供的表格计算，m；

η、z_ss——分别为碎石隔墙(6)质点的剪切抗力系数、碎石隔墙(6)质点的剪切位移，kN/m、m；

a_z——交通荷载(4)振动波在碎石隔墙质点z方向的振动加速度，m/s²；

a_h——交通荷载(4)振动波在桩基(5)新浇混凝土z方向受到的质点振动加速度，m/s²；

[a_h]——桩基(5)新浇混凝土质点的容许振动加速度，m/s²。