薄壁花瓶墩柱的應用的研究

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1、實用標準文案薄壁花瓶墩柱的應用研究謝寶來【摘要】本文重點討論了花瓶式薄壁墩柱的外形設計和結構設計的一般方法，外形設計使墩柱能適合任何箱梁斷面，并給出了外形的曲線方程；結構設計分別以牛腿和深梁的計算模型進行結構設計，并編制了牛腿和深梁的計算程序，以來提高工作效率，最后用ANSYS大型有限元分析軟件進行分析復核計算?！娟P鍵詞】墩柱牛腿深梁ANSYS有限元一、工程概況東南半環(huán)高架橋南起津塘公路南側700米，北至程林莊路北400米，全長5.2km，其中橋梁全長5km，面積：178000余平米。全線墩柱共400來個，大部分均為花瓶式薄壁墩柱。二、外形設計初步設計階段，對墩柱藝術造型進行了優(yōu)化設計。根據滿

2、足墩柱受力要求、考慮藝術效果、方便施工等原則，優(yōu)化設計出了花瓶式薄壁墩，見圖（一）?；ㄆ渴奖”诙罩膱A滑曲線給人以美感，墩柱兩側曲線同上部箱梁的斜腹板自然銜接，渾然一體，見圖（三）?；ㄆ渴奖”诙罩Ч麍D圖（一）為了便于表示，把16.5米橋寬的墩柱計為A型墩柱，把13米橋寬的墩柱計為B型墩柱。每個墩柱由墩身和墩帽兩部分組成。符號意義說明如下：精彩文檔實用標準文案h—墩帽高度單位：米L—墩帽長度單位：米H—墩柱總高度單位：米R—墩柱側面切圓半徑單位：米a—墩柱寬度單位：米b—墩柱厚度單位：米c—抹角寬度單位：厘米（1）墩柱墩帽設計A型墩柱墩帽高3.5米，墩帽長6米，B型墩柱墩帽高2.5米，墩帽長3

3、.5米，帽頂厚度均為0.15米。側面圓曲線與墩柱側面相切，并經過上頂點，由此根據勾股定理（見圖二陰影部分）導出墩帽高度h和墩帽長度L與半徑R的關系：墩帽外形圖(單位:米)圖（二）即R=+A型墩柱：h=3.5m，a=3m，L=6.0m得到R=4.4908mB型墩柱：h=2.5m，a=2m，L=3.5m得到R=4.0567m由上面推導結果可以看出，R為h，L和a的函數，L減a為墩柱的懸臂，也可以說R精彩文檔實用標準文案為墩帽高（h）和墩柱懸臂（L減a）的函數；根據此函數，可以設計出適合任何箱梁的墩帽，為了滿足墩柱美學要求，箱梁底寬要大于或等于墩帽長度L，當然取等于時為最佳效果，這時，可以由箱梁斷面

4、得到墩帽長度L，墩柱寬度a由橋寬決定，一般經驗為橋寬的左右，墩帽高度h也很好確定，一般經驗大小為墩柱寬度a加0.5米，由此，決定R的三個參數大小確定了，R的值也就確定了。（2）抹角設計為了滿足美學要求，墩柱做抹角處理。墩身抹角c為30厘米，墩帽頂抹角c為5厘米，墩帽抹角在h-0.15范圍內，抹角c線性由30厘米變到5厘米。墩柱高X處的抹角方程為：(0≤X≤H)當0≤X≤H-hc=30cm當H-h≤X≤H-0.15c=cm當H-0.15≤X≤Hc=5cm花瓶式薄壁墩柱外形圖(單位:厘米)圖（三）（3）摳槽設計為了滿足美學要求，墩柱做摳槽處理。槽口寬21cm，槽底寬15cm，槽深度為5cm(見圖四

5、)，口和底寬度不同，這樣做主要是為了好脫模，同時保證了外形為鈍角，增加了視線范圍和美感。精彩文檔實用標準文案摳槽的數量和深度同時會影響美學效果，根據放樣比較，一般認為墩柱寬度a取整作為摳槽數目比較合適，如：寬度a為3米時，摳3個槽，為2米時，摳兩個槽，為1.6米時，取整后為1米，摳一個槽比較合適；摳槽的深度，通過斷面放樣比較，認為5cm又能滿足視覺要求，又不會對墩柱結構產生大的影響。墩柱摳槽示意圖(單位:厘米)圖（四）一、墩身結構設計1．墩身荷載墩身除承受上部結構自重和活載外，還承受溫度力、制動力和地震力等。各墩墩頂承受的縱向水平力主要包括溫度影響力和制動力，其大小受各墩的剛度控制。當溫度影響

6、力與制動力和大于支座滑動磨阻力時，墩頂縱向水平力取滑動磨阻力控制，即墩頂水平力Q=溫度影響力+制動力水平力≤支座滑動阻力。溫度影響力包括上部結構連續(xù)箱梁在升溫、降溫、混凝土收縮、混凝土徐變情況下對墩身產生的影響力，計算溫度影響力時考慮了基礎的影響。2．計算模式計算模式采用承載能力極限狀態(tài)法，矩形截面偏心受壓構件計算。二、用牛腿計算模型進行墩帽結構設計由于墩帽結構酷似兩個連接的牛腿，結構對稱，受力也對稱，取墩帽的一半進行結構計算(見圖五)。精彩文檔實用標準文案1．牛腿的裂縫控制要求式中Fvk—作用于牛腿頂部按荷載效應標準組合計算的豎向力值；Fhk—作用于牛腿頂部按荷載效應標準組合計算的水平拉力值

7、；—混凝土軸心抗拉強度標準值，C30混凝土=2.10Mpa；β—裂縫控制系數，此處取0.80；d—豎向力的作用點至下墩柱邊緣的水平距離，此處取d=0；b—墩柱厚度；h0—牛腿與下墩柱交接處的垂直截面有效高度，此處h0=h-0.05。牛腿計算模型圖示(單位:米)圖(五)我們取標準40米跨，16.5米橋寬，靜載20000KN，活載3500KN，A型墩柱為例進行結構設計，Fhk=0，d=0和h0=h-