缩短路基桩板结构数值模拟的设计周期

成都地铁路基桩板结构QC小组PAGE2014年度优优秀质量管理理小组申报材料课题名称：缩短短路基桩板结结构数值模拟拟的设计周期期小组名称：成都都地铁路基桩桩板结构QC小组活动时间：20011年9月－2013年6月中铁第五勘察设设计院集团有有限公司二〇一四年五月月目录TOC\o"1-1"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc382838729"一、工程概况11HYPERLINK\l"_Toc382838730"二、小组概况22HYPERLINK\l"_Toc382838731"三、选题理由33HYPERLINK\l"_Toc382838732"四、现状调查44HYPERLINK\l"_Toc382838733"五、设定目标77HYPERLINK\l"_Toc382838734"六、原因分析88HYPERLINK\l"_Toc382838735"七、要因确定99HYPERLINK\l"_Toc382838736"八、制定对策222HYPERLINK\l"_Toc382838737"九、实施对策223HYPERLINK\l"_Toc382838738"十、效果检查336HYPERLINK\l"_Toc382838739"十一、巩固措施施39HYPERLINK\l"_Toc382838740"十二、总结及今今后打算400PAGE3一、工程概况本工程位于成都都地铁2号线一期工工程正线终点点与二期工程程林家大堰站站间路基区间间部分（图1）。路基段右右正线里程YDK444+350..00～YDK455+212..60，线路长862.660m；左正线里里程ZDK444+400..00～ZDK455+207..606，线路长807.6606m。图1成都地地铁2号线二期工工程经干院站站～林家大堰堰站区间地理理位置示意图图如图2右正线YYDK44++350～+696、左正线ZDK444+400～+696与既有一期期工程出入段段线并行，右右正线YDK444+696～+770上跨既有一一期工程出入入段线。一期期工程终点段段为出入段线线，由独立墩墩柱式桩板结结构、U型槽结构、明明挖段围护结结构及隧道结结构等不同类类型结构构成成，且地层较较差，导致二二期工程起始始区间段路基基工程设计条条件复杂困难难。为实现2号线二期工工程软弱段路路基在与既有有结构物良好好衔接前提下下的纵横向稳稳定性、刚度度均匀性、耐耐久性和减振振性，控制路路基的不均匀匀沉降、工后后沉降等问题题，采用桩板板结构路基是是比较可靠的的选择。为满满足现场施工工图纸需求，在在保证桩板结结构路基设计计质量的前提提下提高出图图速度显得尤尤为重要。图2成都地铁铁2号线二期东东延线起始区区间平面示意意图二、小组概况1.小组简介介成都地铁路基桩桩板结构QC小组成立于2011年4月，主要为为提高成都地地铁2号线二期东东延线困难条条件下与既有有结构物衔接接的桩板结构构路基设计效效率，而进行行的小组活动动。小组自成成立以后，小小组各成员在在QC小组活动中中，能相互启启发、深入思思考、共同提提高；该小组组的成立和活活动，对激发发各小组成员员的工作积极极性、创造性性，提高技术术水平，控制制工程质量起起到了重要作作用。QC小组成员情情况见表1。表1QC小小组成员情况况表小组名称成都地铁路基桩桩板结构QC小组注册时间2011年4月月QC小组编号QC-20133-34小组人数12人活动次数12次课题编号KT-20133-34QC教育人均60小时小组类型攻关型活动日期2011年9月月～2013年6月成果日期2013年7月月活动出勤率90％序号姓名年龄性别组内职务技术职称文化程度小组分工1时洪斌33男组长高级工程师博士研究生方案策划2张成钢53男技术顾问教授级高工大学本科技术指导3邓文庆48女技术顾问高级工程师大学本科技术指导4黄微30女组员工程师大学本科方案实施5刘婷33女组员工程师大学本科方案实施6张贵财31男组员工程师大学本科方案实施7唐沛43男技术顾问教授级高工大学本科技术指导8丁新红47男技术顾问高级工程师大学本科技术指导9莫万远35男组员高级工程师大学本科协作实施10冷长明33男组员工程师大学本科协作实施11董艳辉35女组员高级工程师硕士研究生协作实施12张文博27男组员工程师大学本科协作实施制表：时洪斌日期：2011年4月5日2.活动时间间（2011..9～2013..6）活动项目活动时间（20011.9～2013..6）2011年2012年2013年9月10月11月12月1月2月3-4月5-6月7-8月9-10月11-12月1-2月3-4月5-6月P选择课题现状调查设定目标原因分析要因确认制定对策D对策实施C效果检查A巩固措施总结及今后打算算图例：计划进度实际进度图3QC小小组活动甘特特图制图：刘婷日期：2013年6月30日三、选题理由分院专业建设要求分院专业建设要求现场施工图纸需求设计条件复杂困难设计过程复杂、出图流程较多掌握路基桩板结构的设计方法，应对软弱、湿陷、岩溶及过渡段路基的设计；在保证设计质量的前提下，提高设计效率，保证现场施工供图时间。地铁施工一般工程复杂、工期短，路基部分又需要有沉降观测期，导致路基施工工期紧张，施工对设计供图周期要求较高。业主要求120天内出施工图。成都地铁2号线一期工程终点段为出入段线，由独立墩柱式桩板结构、U型槽结构、明挖段围护结构及地下隧道结构等不同类型结构构成，导致二期工程起始区间段路基工程设计条件复杂困难，设计周期较长。路基桩板结构设计过程涉及建模、受力分析、结构检算、配筋、出图、院内复核、审核、审定、总体院会签、监理院咨询和强审等过程。其中数值分析过程缓慢，成为拖延出图时间的主要原因。选定课题图4选题理由由评价图制图：时洪斌日期：2011年9月10日四、现状调查1.桩板结构是是一种新型轨轨下基础结构构，兼有桩基基工程与梁板板结构的优点点，具有能有有效控制基础础沉降、加快快施工进度等等优势，目前前已在国内外外得到了一定定的工程应用用，但没有对对应的详细专专项设计规范范。目前的桩桩板结构设计计主要依据桥桥梁设计的相相关规范及《铁铁路工程地基基处理规范》进进行。2.桩板结构路路基不同与一一般土质路基基，对专业接接口要求较高高，互提资料料直接影响桩桩基和承载板板的设计。而而相关专业的的接口资料又又需要较长的的确认时间，涉涉及地质、线线路、轨道、桥桥涵、限界、接接触网、通信信等专业。3.进行桩板结结构设计时对对结构的数值值模拟不确定定因素较多，既既无经验参考考也无成熟专专项数值模拟拟软件可用，导导致数值模拟拟时间较长。配配筋检算、CAD制图等后续续设计程序及及内外审流程程也会占用较较多的设计时时间，影响设设计周期。4.2011年年4月1日路基桩板板结构开始进进行初步设计计，初步设计计实际用时150天完成，虽虽然滞后了计计划周期，但但最终按业主主要求周期完完成了设计任任务。下一阶阶段施工图设设计由于工期期较紧业主要要求周期确定定为120天。从图5所示初步设设计和施工图图设计周期对对比图可以看看出，施工图图实际设计周周期要控制在在120天内才能完完成设计任务务。图5初步设计计和施工图设设计周期对比比图制图：张贵财日期：2011年9月16日初步设计各设计计环节周期统统计如表2所示。表2桩板结构构初步设计周周期统计表序号检查项目计划周期(天)实际周期（天）滞后时间（天）1资料互提151722数值模拟3065353配筋检算101774CAD制图81245院内审核7926院外审查30300合计10015050业主要求160制表：张贵财日期：20111年9月16日根据统计表画出出饼图见图6，可以看出数数值模拟占据据了总设计周周期的43.3%。依据业主对下一一阶段施工图图设计120天的要求，原原150天的设计周周期会滞后30天，严重影影响现场施工工供图需求，完完不成设计任任务，必须缩缩短桩板结构构设计周期。图6桩板结构构初步设计周周期饼图制图：张贵财日期：2011年9月17日5.QC小组再再对桩板结构构各设计环节节滞后时间进进行统计分析析，得到影响响因素调查统统计表（表3）。表3影响桩板板结构设计周周期因素的调调查统计表序号检查项目频数（天）频率（%）累计频率（%）1数值模拟3570%70%2配筋检算714%84%3CAD制图48%92%4资料互提24%96%5院内审核24%100%合计50制表：张贵财日期：20111年9月20日根据统计表画出出排列图见图图7，可以看出总总滞后时间的的70%是数值模拟拟阶段产生的的，所以缩短短桩板结构设设计周期的关关键在于缩短短数值模拟阶阶段的设计周周期。图7影响桩板板结构设计周周期因素的调调查统计排列列图制图：张贵财日期：2011年9月22日五、设定目标1.目标设定依据现状调查可可以看出：不不论桩板结构构实际设计过过程中的各阶阶段周期调查查统计，还影影响桩板结构构设计周期因因素的调查统统计，都反映映出在QC小组可控的的范围内数值值模拟阶段是是影响设计周周期的症结所所在。在其他他阶段周期水水平保持不变变的情况下，如如图8所示，如果果数值模拟阶阶段能够缩短短30天就能满足足桩板结构总总的设计周期期控制在120天，满足业业主要求。所所以设定目标标为：桩板结结构路基设计计数值模拟阶阶段周期缩短短30天。图8数值模拟拟周期目标设设定柱状图制图：时洪斌日日期：2011..10.1552.目标设定依依据（1）路基桩板板结构的设计计得到了各级级领导、院总总工、集团总总工的高度重重视，各项技技术条件可以以得到最大的的满足。设计计过程中准备备邀请院内外外桥梁、路基基专家参与指指导及咨询工工作，为桩板板结构的选型型设计及结构构检算提供坚坚实的技术保保障。（2）依据既有有的桥梁、桩桩基及混凝土土结构设计规规范，借助有有限元分析软软件可以建立立合理的桩板板结构模型进进行多工况分分析计算。（3）桩板结构构数值模拟周周期与人员、软软件、数据、计计算方法、技技术支持等各各方面相关，通通过对各环节节的优化，加加上初步设计计的经验积累累，在现有65工天的基础础上缩短到35天，达到周周期缩短30天的目标是是可以实现的的。综上所述,成成都地铁路基基桩板结构QC小组能达到到预期目的。六、原因分析针对影响桩板结结构数值模拟拟周期的因素素，小组采用用头脑风暴法法进行了多次次讨论，广泛泛收集设计人人员、设计专专册、各级工工程技术专家家的意见，集集思广益、畅畅所欲言、相相互启发、相相互补充。同同时对资料进进行整理分析析，绘制了因因果图（图9），利用因因果图从人、机机、料、法、环环五个方面进进行原因分析析，并找出末末端因素14个。图9影响桩桩板结构数值值模拟周期因因素分析因果果图制图：时洪斌日期：2011年11月15日七、要因确定根据“因果图”分析的末端端因素，运用用要因验证计计划表，针对对末端因素逐逐一确定验证证标准及制定定验证方法，进进行要因确认认。要因确定定见表4。表4要因验证证计划表要因验证计划表表序号末端因素验证方法验证标准负责人验证时间1缺少软件培训调查分析所有设计人员熟熟练掌握数值值模拟软件，考考核结果优秀秀率≥80%。时洪斌2011.111.162无技术要求书调查分析数值模拟前有详详细的结构设设计技术要求求。时洪斌2011.111.203无现场施工概念念现场验证设计人员对模型型有空间概念念，并知晓施施工完后的结结构形态。时洪斌2011.111.254模拟软件不当现场测试软件应能全面分分析结构的主主要受力状态态，并能进行行不同工况受受力分析，前前后处理方便便，且计算速速度较快。软软件综合评分分＞15分。黄微2011.111.305电脑配置低现场测试满足计算和图形形显示要求。黄微2011.111.186无对应模拟软件件数据接口现场测试数据处理软件和和数值模拟软软件有接口，可可以直接读取取。张贵财2011.122.157地勘资料不详尽尽调查分析满足结构细部设设计要求，参参数可靠详尽尽。设计质量量评定90分以上。张贵财2011.122.98线路平纵资料表表达不清晰调查分析平纵断面能够清清晰标示结构构所处线路位位置、线间距距及轨道标高高。刘婷2011.122.209限界资料不完整整调查分析满足《地铁限界界标准》规范范要求，能够够清晰标示结结构物周边已已有或已规划划的结构物的的限界条件。刘婷2011.122.2210规范标准参考不不当调查分析规范标准适用桩桩板结构设计计。刘婷2011.122.1011设计方法不当现场测试设计方法适用桩桩板结构设计计。与《铁路路工程地基处处理技术规程程》要求一致致。冷长明2011.111.2012参数选取方法不不当现场测试参数选取应涵盖盖多种组合工工况，对结构构形式进行比比选，对具体体几何参数进进行优化，技技术经济指标标综合评分>8分。冷长明2011.122.1213缺少咨询条件调查分析在数值模拟遇到到困难时能够够得到有利的的咨询。项目目例会能达到到每月1次。莫万远2011.122.2514与外院技术交流流欠缺调查分析与其他有相似设设计的设计院院人员保持联联系，及时交交流设计中遇遇到的问题。每每月例会不少少于1次。莫万远2011.122.18制表：时洪斌制表日期：2011..11.166末端因素1：缺缺少软件培训训序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间1缺少软件培训调查分析所有设计人员应应该熟练掌握握数值模拟软软件，考核结结果优秀率≥80%。时洪斌2011.111.16确认过程：初步设计后对88名设计人员员进行数值软软件主要功能能掌握程度测测试，统计分分析测试结果果如下表：表5设计人员员培训考核表表姓名时洪斌黄微刘婷张贵财莫万远冷长明董艳辉张文博得分9265687385809088考核结果优秀及格及格良好良好良好优秀良好优秀率25%注：不及格（＜＜60），及格（60~69分），良好好（70~89分），优秀秀（90~1000分）制表：时洪斌制表日期：2011..11.166确认结论：经确确认考核结果果优秀率25%，达不到确确认标准80%，因此是要因因。末端因素2：无无技术要求书书序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间2无技术要求书调查分析数值模拟前有详详细的结构设设计技术要求求。时洪斌2011.111.20确认过程：经过调查分析，数数值模拟前有有详细的结构构设计技术要要求。如下：：成都地铁路基桩桩板结构应满满足一期独立立墩柱式桩板板结构、U型槽结构、明明挖段围护结结构及地下隧隧道结构等不不同类型结构构的限界要求求，与既有结结构物良好衔衔接。另外还还应满足如下下量化目标要要求：表6设计技术术要求位移目标强度检算目标裂缝检算目标桩基均匀沉降量≤15mm差异沉降量≤5mmσ≤[σ]裂缝宽度≤0.2mm托梁——σ≤[σ]裂缝宽度≤0.2mm承载板竖向挠跨比≤1/1455板端竖向转角小于1.5‰（rad）σ≤[σ]裂缝宽度≤0.2mm技术要求书如图图10所示。另外外，还有项目目设计事前指指导书和设计计原则（图11）。图10初步设设计技术要求求图11初步设设计事前指导导书和设计原原则确认结论：数值值模拟前有详详细的结构设设计技术要求求，非要因。末端因素3：无无现场施工概概念序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间3无现场施工概念念现场验证设计人员对模型型有空间概念念，并知晓施施工完后的结结构形态。时洪斌2011.111.25确认过程：由于设计人员对对桩板结构路路基现场没有有太多概念，现现场调查发现现，已向设计计人员提供了了带有工程实实例的相关书书籍（图12）、施工现现场位置的图图片（图13）及参考模模型（图14）。参考书籍：图12参考书书籍现场照片：工程位置工程位置图13现场照照片参考模型图：图14桩板结结构MidassCiviil计算模型确认结论：设计计人员对模型型建立了空间间概念，并知知晓实地位置置及施工完后后的结构形态态，非要因。末端因素4：模模拟软件不当当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间4模拟软件不当现场测试软件应能全面分分析结构的主主要受力状态态，并能进行行不同工况受受力分析，前前后处理方便便，且计算速速度较快。软软件综合评分分＞15分。黄微2011.111.30确认过程：桩板结构数值模模拟可采用三三种计算方法法：①基于平面应应力条件的力力矩传递法；；②基于平面应应力条件的结结构力学求解解器计算法（SMsoolver）；③基于桥梁结结构计算有限限元软件Ansyss分析法。现场从有效性、实实用性、误差差大小、可操操作性四个方方面来评价基基于上述三种种方法的三种种模拟软件如如表7所示。表7模拟软软件分析评价价表方法名称性能类别力矩传递法SMsolverAnsys有效性○○◎实用性△△○误差大小○○○可操作性○○○综合得分101014*备注：◎5分分，○3分，△1分制表：黄微制表时间：：2011..11.300通过对三种模拟拟分析软件进进行评价，之前采用的Ansys得分最高为14分，力矩传传递法和SMMsolvver都为10分。无论哪哪种软件综合合得分都小于于15分，说明目目前用到的软软件在进行桩桩板结构数值值模拟方面都都不是最优的的。模拟软件件的选择，影影响设计效率率和周期。目目前使用的Ansys软件在前处处理和边界条条件设置上不不容易上手，设设计人员不容容易掌握，易易导致数值模模型的错误，影影响后续设计计计算。确认结论：软件件综合得分都都小于15分，缺少更更加有效的分分析软件来提提高数值模拟拟效率，是要因。末端因素5：电电脑配置低序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间5电脑配置低现场测试满足计算和图形形显示要求。黄微2011.111.18确认过程：数值模拟所用电电脑都为奔腾腾双核E5800联想扬天系系列商用电脑脑，计算和图图形显示性能能优良，在处处理桩板结构构模型上配置置足够。后期期处理较大数数值模型时，对对显示较慢的的电脑还可以以通过增加内内存、升级显显卡得到解决决。设计人员员使用的两款款电脑联想扬扬天M66000N和联想扬天A46000K详细配置如如图15和图16。图15联想扬扬天M66000N配置图16联想扬天A46000K配置确认结论：数值值模拟所用电电脑都为主流流配置商用电电脑，可以满满足计算和图图形显示要求求，对设计周周期不起决定定性作用，非非要因。末端因素6：无无对应模拟软软件数据接口口序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间6无对应模拟软件件数据接口现场测试数据处理软件和和数值模拟软软件有接口，可可以直接读取取。张贵财2011.122.15确认过程：现场测试发现，不不论Ansys还是MidassCiviil软件，都有有强大的图形形和数据接口口（图17和图18），可以与与其他主流前前后处理软件件对接；即便便是非主流小小软件处理的的数据格式，也也可以通过编编写程序进行行数据提取及及格式转换，为为数值模拟直直接提供输入入数据。图17Annsys图形和数据据接口菜单图18MiidasCCivil图形和数据据接口菜单确认结论：数据据处理软件和和数值模拟软软件接口丰富富，数据转换换、输入和输输出方便。非非要因。末端因素7：地地勘资料不详详尽序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间7地勘资料不详尽尽调查分析满足结构细部设设计要求，参参数可靠详尽尽。设计质量量评定90分以上。张贵财2011.122.9确认过程：调查分析地勘资资料发现，大大部分关键桩桩基位置都有有钻孔图。结结合一期工程程的地勘资料料，可以保证证水文地质情情况的可靠性性。地勘资料料满足设计要要求。地勘报报告如图19所示，设计质量评定定如图20所示，总总平均分为94.6分>90分，地勘资资料评定为优优秀。图19桩板结结构段路基地地勘报告图20设计质质量评定卡确认结论：地勘勘资料比较详详尽，满足设设计要求，设计质量评评定94.6分>90分。非要因。末端因素8：线线路平纵资料料表达不清晰晰序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间8线路平纵资料表表达不清晰调查分析平纵断面能够清清晰标示结构构所处线路位位置、线间距距及轨道标高高。刘婷2011.122.20确认过程：调查分析发现，总总体院开放的的线路平纵表表达方式容易易引起误解，且且没有提供线线间距资料。在在多方协调下下，线路专业业提供了线间间距表，认为为是可以解决决线路数据问问题的。线路路和轨道专业业联系单如图图21所示，线路路资料问题容容易解决不构构成控制性因因素，不影响响结构受力条条件的输入。图21线路和和轨道专业联联系单确认结论：现场场通过联系单单互提资料，可可以明确桩板板位置线路和和轨道技术要要求，非要因因。末端因素9：限限界资料不完完整序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间9限界资料不完整整调查分析满足《地铁限界界标准》规范范要求，能够够清晰标示结结构物周边已已有或已规划划的结构物的的限界条件。刘婷2011.122.22确认过程：调查分析发现，如如路基桩板结结构现场位置置图所示（图图22），限界资资料涉及既有有一期结构物物、新增疏散散平台、漏缆缆护墩和接触触网基础等，限限界资料直接接影响了路基基面的设计宽宽度，及结构构的受力分析析。设计过程程中各专业限限界资料不完完整，部分预预留结构及既既有结构具体体位置没有实实测具体值，只只能估算，不不满足《地铁铁限界标准》规规范要求。不不能够清晰标标示结构物周周边已有或已已规划的结构构物的限界条条件，影响建建模，对数值值模拟起控制制作用。图22路基桩桩板结构现场场位置图确认结论：通过过调查分析，未未满足《地铁铁限界标准》规规范要求，达达不到确认标标准，是要因因。末端因素10：：规范标准参参考不当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间10规范标准参考不不当调查分析参考规范标准适适用桩板结构构设计。刘婷2011.122.10确认过程：经调查分析，桩桩板结构设计计参考规范主主要有《铁路路桥涵地基和和基础设计规规范》（TB100002.5--2005J464--2005）、《铁路路工程地基处处理技术规程程》（TB101106-20010J11078-22010）、《铁路路桥涵钢筋混混凝土和预应应力混凝土结结构设计规范范》（TB100002.3--2005J462--2005）、《混凝凝土结构设计计规范》（GB500010-20010）等。依据据《高速铁路路路基非埋式式桩板结构理理论与实践》和和《高速铁路路无砟轨道桩桩板结构路基基理论与实践践》两本专著著，桩板结构构设计主要参参考桥梁相关关规范设计，现现采用的主要要规范可以满满足桩板结构构的设计要求求。确认结论：参考考规范标准明明确，适用于于桩板结构设设计，非要因因。末端因素11：：设计方法不不当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间11设计方法不当现场测试设计方法适用桩桩板结构设计计。与《铁路路工程地基处处理技术规程程》要求一致致。冷长明2011.111.20确认过程：目前钢筋混凝土土结构设计常常采用的有两两种理论体系系：一是《铁铁路桥涵钢筋筋混凝土和预预应力混凝土土结构设计规规范》采用的的容许应力法法；二是《混混凝土结构设设计规范》等等大多数规范范采用的概率率极限状态法法。理论上采采用极限状态态法对桩板结结构进行设计计较容许应力力法更为经济济、合理。鉴鉴于铁路列车车荷载具有特特殊性，对列列车活载的动动力特性认识识局限性，列列车与桩板结结构路基系统统动力响应问问题涉及到机机车车辆、轨轨道结构和桩桩板结构等各各部件的基本本力学参数和和几何参数，计计算理论和计计算过程均非非常复杂，此此外，铁路工工程结构的可可靠度设计理理论还不成熟熟，虽然目前前国内已取得得了一些研究究成果，但这这些成果发展展到实用阶段段还有相当大大的工作量。因因此，目前桩桩板结构设计计仍宜采用容容许应力法。确认结论：地铁铁桩板结构设设计方法采用用容许应力法法，与规范一一致，非要因。末端因素12：：参数选取方方法不当序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间12参数选取方法不不当调查分析参数选取应涵盖盖多种组合工工况，对结构构形式进行比比选，对具体体几何参数进进行优化，技技术经济指标标综合评分>8分。冷长明2011.122.12确认过程：经调查分析发现现，目前桩板板结构方案对对比只采用了了几个选定的的结构方案进进行对比分析析，参数的选选取只依靠《铁铁路工程地基基处理技术规规程》（TB101106-20010J11078-22010）16.2..4的建议值和和经验参考值值来选取（图图23），没有采采取科学有效效的参数选取取方法，也没没有采用技术术和经济指标标评价。参数数选取方法直直接影响数值值模拟比较方方案的设计效效率，起控制制作用。图23《铁路工工程地基处理理技术规程》的的参数建议值值确认结论：参数数选择具有改改进空间，没没有进行优化化设计，影响响模型的建模模和计算分析析，是要因。末端因素13：：缺少咨询条条件序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间13缺少咨询条件调查分析在数值模拟遇到到困难时能够够得到有利的的咨询。项目目例会能达到到每月1次。莫万远2011.122.25确认过程：通过调查分析可可知，当数值值模拟过程中中遇到困难时时，只能求助助书本和软件件相关案例及及说明书，解解决问题带有有盲目性。但但可以通过院院内专业间协协调，请求桥桥梁专业协助助解决MidassCiviil数值模拟过过程中遇到的的难题；而且且项目例会达达到了每月一一次，起到了了很好的技术术交流作用（图24）。图24项目例例会记录表确认结论：项目目例会达到了了每月1次，解决了了技术交流和和咨询问题，非要因。末端因素14：：与外院技术术交流欠缺序号末端因素确认方法确认标准负责人确认时间14与外院技术交流流欠缺调查分析与其他有相似设设计的设计院院人员保持联联系，及时交交流设计中遇遇到的问题。每每月例会不少少于1次。莫万远2011.122.18确认过程：经调查分析，院院内设计人员员设计经验有有限，接触桩桩板结构较少少，和其他铁铁路设计院间间的相关交流流较少。但通通过各级领导导及专业总工工的协助疏通通，就专业技技术问题在设设计院间的交交流合作是可可以实现的。另另外，成都地地铁监理设计计院每两周召召开一次项目目例会（图25），由总体体院和各工点点院参加，也也为项目组与与外院的技术术交流提供了了便利条件。图25成都地地铁例会会议议纪要确认结论：每月月2次的例会，可可以提供与外外院技术交流流的机会。非非要因。通过上述分析，得得出：影响桩桩板结构数值值模拟周期的的要因如图26。影响桩板结构影响桩板结构数值模拟周期的主要原因图26影响桩桩板结构数值值模拟周期的的要因分析图图八、制定对策根据以上要因确确认，小组根根据5W1HH的原则，进进一步研究对对策，采取切切实可行的措措施，并明确确专人负责实实施，具体对策如如下表：表8对策实施表序号要因对策（What）目标（Why）措施（How）地点（Where）责任人（Who）完成时间（When）①缺少软件培训对软件使用进行行集中培训所有设计人员应应该熟练掌握握数值模拟软软件，考核结结果优秀率≥80%。制定培训计划表表进行集中培培训，课程结结束后进行考考核。办公室时洪斌唐沛邓文庆2012.1..16~1..26②模拟软件不当找到最适合桩板板结构的数值值模拟软件软件应能全面分分析结构的主主要受力状态态，并能进行行不同工况受受力分析，前前后处理方便便，且计算速速度较快。软软件综合评分分＞15分。从有效性、实用用性、误差大大小、可操作作性四个方面面来评价基于于平面应力条条件的模拟方方法（力矩传传递法和SMsoolver），Ansys和MidassCiviil三维求解器器方法，确定定最优模拟软软件。办公室张贵财刘婷丁新红2012.1..18~2..15③限界资料不完整整明确桩板结构的的限界条件满足《地铁限界界标准》规范范要求，能够够清晰标示结结构物周边已已有或已规划划的结构物的的限界条件。（1）收集、整整理影响路基基桩板结构设设计的限界条条件。（2）依据限界界条件确定桩桩板结构的几几何尺寸，确确定数值模拟拟几何模型、类类别。施工现场办公室黄微冷长明2012.1..20~2..20④参数选取方法不不当对参数进行优化化组合参数选取应涵盖盖多种组合工工况，对结构构形式进行比比选，对具体体几何参数进进行优化，技技术经济指标标综合评分>8分。（1）对比确定定桩板结构的的基本形式。（2）对几何参参数进行多因因素多水平的的正交试验，确确定参数最优优组合，形成成对比方案。施工现场办公室刘婷莫万远2012.2..1~2.228制表：刘婷制表时间：2012..1.15PAGE25九、实施对策实施对策一：对软件使用进行集中培训负责人：时洪斌日期：2012.1.16~1.26措施：实施对策一：对软件使用进行集中培训负责人：时洪斌日期：2012.1.16~1.26针对设计人员对对MidassCiviil软件使用不不熟练的问题题，进行集中中培训，培训训主要涉及桩桩板结构数值值模拟的如下下方面：1.CAD中中明确模型的的几何尺寸，边边界条件。2.定义模型型特征值（材材料、截面等等）3.建模：先先建立节点后后建立单元（复复制、平移、切切割等）4.连接边界界条件：确定定模型构件间间建立连接（一一般弹性连接接、刚性连接接等）5.支承边界界条件：确定定支承类型6.建立静力力荷载工况（自自重、轨道重重、收缩徐变变、整体升温温、整体降温温、顶板升温温、横向摇摆摆力、制动力力或牵引力、离离心力、短轨轨力或伸缩力力）7.移动荷载载分析（移动动荷载规范-车道-车辆-车辆荷载组-移动荷载工工况）8.输出分析析模拟结构图27MiddasCiivil软件界面对桩板结构数值值模拟过程中中涉及的软件件功能，有针针对性地制定定软件培训计计划，如表9所示，并在在培训结束后后进行总结与与考核。表9软件培训训计划表时间地点培训内容主讲人2012.1.18上午路基所329midasCCivil有限元分析析的基本过程程桥梁专业下午路基所330midasCCivil建模功能桥梁专业1.19上午路基所329边界条件桥梁专业下午路基所330荷载与分析控制制桥梁专业1.20上午路基所329结果与输出桥梁专业下午路基所330midasCCivil配套软件介介绍桥梁专业1.21上午路基所329桥梁移动荷载分分析北京迈达斯技术术有限公司下午路基所330施工过程分析北京迈达斯技术术有限公司1.22上午路基所329温度问题北京迈达斯技术术有限公司下午路基所330结构动力分析北京迈达斯技术术有限公司1.23上午路基所329结构稳定分析北京迈达斯技术术有限公司下午路基所330抗震分析北京迈达斯技术术有限公司1.24上午路基所会议室总结与考核北京迈达斯技术术有限公司制表：时洪斌制表时间：2012..1.17实施效果：通过对软件使用用集中培训后后，再次对设设计人员进行行考核，评分分结果如下：：表10集中培培训后设计人人员考核表姓名时洪斌黄微刘婷张贵财莫万远冷长明董艳辉张文博得分9585929095939590考核结果优秀良好优秀优秀优秀优秀优秀优秀优秀率87.5%注：不及格（＜＜60），及格（60~69分），良好好（70~89分），优秀秀（90~1000分）制表：时洪斌制表时间：2012..1.24考核结果表明：：所有设计人人员都能熟练练使用MidassCiviil软件进行桩桩板结构数值值模拟分析，考核结果优秀率为87.5%。小目标验证：通过集中培训，软软件使用考核核优秀率提高高到了87..5%，大于80%，目标实现现！实施对策二:找到最适合桩板结构的数值模拟软件负责人：实施对策二:找到最适合桩板结构的数值模拟软件负责人：张贵财日期：2012.1.18~2.15采用三种计算方方法：=1\*GB3①基于平面应应力条件的力力矩传递法（图28）；=2\*GB3②基于平面应力条件的结构力学求解器计算法（SMsolver）（图29）；=3\*GB3③基于桥梁结构计算有限元软件Ansys或MidasCivil分析法（图32）。通过上述三种方法对比分析相互验证，得出桩板结构内力。计算出桩板结构的内力包括：桩基的轴力、弯矩、剪力；顶板的横向弯矩、纵向弯矩，为桩和顶板的配筋提供依据。在完成桩板结构内力检算的基础上，进一步验算，桩基抗压、抗弯强度，相应的桩基配筋；板的抗弯、抗冲切、抗剪强度，相应的顶板配筋。计算结果显示前前两种方法计计算的弯矩相相差较大，这这是因为SMMsolvver未考虑结构构的空间效应应，将整个空空间结构简化化成平面应力力计算，尤其其是在桩与板板的结合处这这种简化方式式将导致桩板板分担弯矩失失真，不易采采用；而结构构力学计算的的过程中按照照桩板的面积积比进行刚度度的调整之后后更接近于实实际情况，但但是上述两种种方法都无法法求解桩板结结构的空间效效应，所以需需要引入Ansys或MidassCiviil等三维求解解器进行求解解。采用有限限元软件对桩桩板结构进行行分析，结果果显示较接近近实际情况，可可以指导实际际工程设计。现现将模拟方法法按照平面二二维和空间三三维分述如下下：1.基于平面应应力条件的模模拟方法（力力矩传递法和和SMsoolver）图28力矩分分配法计算示示意图图29SMSolveer结构力学求求解器桩板结构为多自自由度超静定定结构，受力力分析时不仅仅要考虑桩土土间的相互作作用，还要考考虑温度应力力以及桩基不不均匀沉降等等的影响，分分析过程较为为复杂。对桩桩板结构进行行力学计算前前可以加以简简化，用一个个简化的结构构计算模型来来代替实际结结构。按等刚度原则，把把空间的桩板板结构分别按按纵向、横向向转化为平面面框架结构进进行分析，同同时结构自重重恒载与列车车活载简化为为均布荷载作作用在平面杆杆件上。（1）纵向：对对承台板受力力、变形以及及桩的纵向受受力、变形进进行分析（图图30）；（2）横向：对对托梁受力、变变形以及桩横横向受力、变变形进行分析析（图31）。图30纵断面面计算简图及及荷载分布示示意图图31横断面面计算简图及及荷载分布示示意图先分析纵向体系系，得到承台台板的内力和和桩顶的纵向向弯矩、纵向向力；根据承承台板支座处处的竖向力，计计算出托梁的的荷载，然后后分析横向体体系；根据纵纵向体系和横横向体系的分分析结果可求求得桩顶荷载载，对受力状状态下的桩基基进行设计计计算。2.Ansyss和MidassCiviil三维求解解器方法图32ANSSYS和MidassCiviil软件界面采用Ansyss或MidassCiviil有限元软软件以梁单元元建立四跨一一联桩板结构构内力计算模模型（图33），为消除除边界影响，计计算模型为三三联，选取中中间联为研究究对象；计算算模型中不考考虑地基土对对托梁及承载载板的支承作作用。采用“m”法计算桩基基础的等效刚刚度矩阵，并并通过一般弹弹性支承（模模拟基础弹性性）在桩梁固固接处施加托托梁边界条件件；托梁及承承载板采用空空间梁单元模模拟，桩头与与承载板或托托梁连接支点点位置采用一一般弹性支承承，承载板、托托梁及桩刚性性连接位置采采用刚性弹性性连接模拟，搭搭接位置采用用一般弹性连连接模拟。为为考虑地震力力影响，模型型中添加反应应谱分析。桩板结构设计计计算流程：首首先建立桩、托托梁、承载板板整体三维数数值模型，添添加边界条件件及荷载，运运行有限元分分析后得到桩桩顶纵向力和和纵向弯矩，据据此结合钻孔孔灌注桩的容容许承载力确确定各段桩基基长度；然后后依据各段地地层情况采用用Pile软件计算桩桩基础的等效效刚度矩阵，代代替数值模型型中的桩基础础，模型简化化为板梁结构构；再计算桩桩头最大轴力力、最大弯矩矩，承载板最最大轴力、最最大弯矩、最最大剪力，依依据容许应力力法对桩基和和承载板进行行强度配筋和和裂隙检算；；最后进行位位移和变形分分析。图33桩-托托梁-板结构三维维数值模型实施效果：从有效性、实用用性、误差大大小、可操作作性四个方面面来评价基于于上述三种方方法的四种模模拟工具如表表11所示。表11模拟拟工具分析评评价表方法名称性能类别力矩传递法SMsolvverAnsysMidasCCivil有效性○○◎◎实用性△△○◎误差大小○○○◎可操作性○○○○综合得分10101418选定方法否否否是*备注注：◎5分，○3分，△1分，根据综综合得分来选选定方案。制表：张贵财制表时间：2012..1.20通过对四种模拟拟分析工具进进行评价，MMidasCivill的综合得分分最高为18分，Ansys为14分，力矩传传递法和SMMsolvver都为10分。小目标验证：通过不同软件的的对比分析，进进行综合评分分，结果只有有MidassCiviil的综合得分分（18分）＞15分，所以优优选MidassCiviil为数值模拟拟软件。目标标实现！实施对策三:明确桩板结构的限界条件实施对策三:明确桩板结构的限界条件负责人：黄微日期：2012.1.20~2.20措施：（1）收集、整整理影响路基基桩板结构设设计的限界条条件。桩板结构的几何何模型除满足足钢筋混凝土土结构的设计计要求外，还还应根据现场场情况满足各各种限界要求求。如图34～37各专业限界界要求主要以以联系单和会会议纪要形式式提供，限界界资料整理如如下：图34漏缆护护墩基础限界界资料图35接触网网基础限界资资料图36疏散平平台基础限界界资料图37一期工工程基础限界界资料（2）依据限界界条件确定桩桩板结构的几几何尺寸，确确定数值模拟拟几何模型、类类别。根据一期边坡情情况、漏缆护护墩和接触网网限界资料，桩桩板结构外侧侧半宽确定为为2.1m。另据内侧侧一期结构物物和疏散平台台限界要求，桩桩板结构ZDK444+400～+424，YDK444+350～+374段内侧半宽宽确定为2.1m，不设置疏疏散平台，为为异形板；其其余段落内侧侧半宽为2.6m，为标准板板。桩板结构构横断面如图图38所示。图38路基断断面图实施效果：将各专业对路基基桩板结构设设计过程中的的限界要求进进行统计，绘绘制路基结构构断面图，确确定路基面宽宽度，承台板板宽度，最终终确定了桩板板结构整体边边界尺寸，异异形板位置。结结构限界分析析评价如表12所示，桩板板结构边界尺尺寸考虑了各各种限界条件件，并满足《地地铁限界标准准》的规定。表12结构构限界分析评评价表限界条件规范要求漏缆护墩基础限界接触网基础限界疏散平台基础限界一期工程基础限界《地铁限界标准准》√√√√制表：黄微制表时间：2012..2.20小目标验证：通过搜集整理各各专业和现场场限界条件，确确定了桩板结结构整体边界界，并满足《地地铁限界标准准》的规定。目标实现！！实施对策四:对参数进行优化组合实施对策四:对参数进行优化组合负责人：刘婷日期：2012.2.1~2.28措施：1.确定结构构形式（1）桩基依据《铁路桥涵涵地基和基础础设计规范》，钻钻孔灌注桩的的中心距不应应小于2倍成孔桩径径；承载板边边缘至最外一一排桩的净距距，当设计桩桩径d>1m时，不得小小于0.3d，且不得小小于0.5m。综合考虑虑，桩基沿线线路中心对称称双排布置方方式不满足要要求，宜采用用沿线路中心心单排布置，间间距6~7m。（2）托梁①独立墩柱式（图39-a）：无托梁，桩基与承载板直接相连接，承载板直接固接于桩上。②托梁式（图339-b）：中支点点处桩基钢筋筋穿过托梁锚锚固于承载板板中，使得桩桩基、托梁及及承载板在桩桩基位置处三三者固接；边边支点处桩基基与托梁固接接，板梁间搭搭接。③复合式（图339-c）：中跨采采用独立墩柱柱式，边跨为为托梁式。三种构造形式的的桩板结构具具有共性又各各有其特点，其其中，独立墩墩柱式板体为为双向板，视视支撑情况可可以任意方向向共同受力，边边支点处宜设设计成悬臂，长长期活载作用用下在边支点点悬臂处易产产生较大折角角，对钢轨受受力不利，并并影响行车平平顺性；由于于托梁的存在在，托梁式和和复合式桩板板结构极大简简化了承载板板受力，降低低了桩基与承承载板连接处处的应力集中中，另外由于于托梁的横向向连接作用，也也增强了桩板板结构的横向向刚度与抵抗抗不均匀沉降降的能力。综综合分析，复复合式桩板结结构构造简单单，受力明确确，运营性能能好。（a）独立墩柱柱式（b）托梁式（c）复合式图39桩板结结构主要结构构形式（3）承载板①连续式：连续续式承载板的的构造措施中中不设置温度度缝和沉降缝缝，一联结构构的跨数可超超过100跨，长度超超过千米（图图40）。②分联式：分联联式承载板结结构一联3~6跨，联与联联之间设构造造缝，减少温温度变化和桩桩基不均匀沉沉降对结构的的影响（图41）。图40连续式式桩板结构图41分联式桩板板结构桩板结构最终结结构形式如表表13所示，确定定单排分联复复合式桩板结结构为优选结结构形式。表13桩板结结构形式确认认表项目方案方案分析结论结构形式桩基布置1.双排布置（线线路中心对称称）（矩形布布置，三角形形布置）2.单排布置（沿沿线路中心）托梁布置1.独立墩柱式式桩基与承载板直直接相连接，承承载板直接固固接于桩上。2.托梁式中支点处桩基钢钢筋穿过托梁梁锚固于承载载板中，使得得桩基、托梁梁及承载板在在桩基位置处处三者固接；；边支点处桩桩基与托梁固固接，板梁间间搭接。3.复合式中跨采用独立墩墩柱式，边跨跨为托梁式。承载板布置1.连续式（不不设置温度缝缝和沉降缝）2.分联式（一一联3~6跨，联与联联之间设构造造缝，减少温温度变化和桩桩基不均匀沉沉降对结构的的影响）制表：张文博制表时间：2012..2.52.几何参数优优化对承台板跨度LL、承台板高高度H和托梁高度h进行正交试试验尺寸优化化，构建三水水平三因素正正交试验表。采用技术指指标（承载板板最大正弯矩矩、负弯矩，托托梁最大正弯弯矩、负弯矩矩）和经济指指标（混凝土土、钢筋用量量、总造价）作作为目标函数数。正交试验验表如表14：表14正交交实验表因素LHh水平160.61.0280.81.23101.01.5计算方案111121223133421252236231731383219332制表：张文博制表时间：2012..2.10实施效果：如表15所示，对9个计算方案案分别建模分分析对比目标标函数并评分分，确定计算算方案3技术性和经经济性综合得得分最高为10分，为最优优方案。最终终承台板跨度度L=6m、承台板高高度H=1.00m和托梁高度h=1.55m。优化后的的几何参数如如图42所示。表15正交交试验方案分分析评价表计算方案目标函数123456789技术性△◎◎△◎○○△◎经济性◎○◎◎○○○○○综合得分6810686648选定方法否否是否否否否否否*备注：◎5分分，○3分，△1分，根据综综合得分来选选定方案。制表：张文博制表时间：2012..2.12a.A-A剖剖面b.B-B剖剖面c.C-C剖剖面d.D-D剖面面图422桩板结构几几何模型（单单位：m）小目标验证：通过正交试验方方法对复合式式桩板结构参参数进行了优优化设计，所所选参数达到到了技术和经经济最优，综综合得分为10分＞8分。目标实实现！十、效果检查1.活动后的的目标实现情情况对影响桩板结构构数值模拟周周期的要因进进行了对策实实施后，在此此基础上2012年3月3日开始了桩桩板结构的施施工图设计，实实际2012年6月25日完成了桩桩板结构施工工