薄壁花瓶墩柱的應(yīng)用設(shè)計(jì)研究

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1、WORD格式可下載薄壁花瓶墩柱的應(yīng)用研究謝寶來【摘要】本文重點(diǎn)討論了花瓶式薄壁墩柱的外形設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般方法，外形設(shè)計(jì)使墩柱能適合任何箱梁斷面，并給出了外形的曲線方程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別以牛腿和深梁的計(jì)算模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并編制了牛腿和深梁的計(jì)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(jìn)行分析復(fù)核計(jì)算?！娟P(guān)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(cè)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(gè)，大部分均為花瓶式薄壁墩柱。

2、二、外形設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)墩柱藝術(shù)造型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)滿足墩柱受力要求、考慮藝術(shù)效果、方便施工等原則，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(cè)曲線同上部箱梁的斜腹板自然銜接，渾然一體，見圖（三）。花瓶式薄壁墩柱效果圖圖（一）為了便于表示，把16.5米橋?qū)挼亩罩?jì)為A型墩柱，把13米橋?qū)挼亩罩?jì)為B型墩柱。每個(gè)墩柱由墩身和墩帽兩部分組成。符號(hào)意義說明如下：專業(yè)技術(shù)資料編輯整理分享WORD格式可下載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(shí)—墩柱側(cè)面切圓半徑單位：米a—墩柱

3、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(shè)計(jì)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3.5米，帽頂厚度均為0.15米。側(cè)面圓曲線與墩柱側(cè)面相切，并經(jīng)過上頂點(diǎn)，由此根據(jù)勾股定理（見圖二陰影部分）導(dǎo)出墩帽高度h和墩帽長度L與半徑R的關(guān)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(dǎo)結(jié)果可以看出，R為h，L和a的函數(shù)，L減a為墩柱的懸臂，也可以說R專業(yè)技

4、術(shù)資料編輯整理分享WORD格式可下載為墩帽高（h）和墩柱懸臂（L減a）的函數(shù)；根據(jù)此函數(shù)，可以設(shè)計(jì)出適合任何箱梁的墩帽，為了滿足墩柱美學(xué)要求，箱梁底寬要大于或等于墩帽長度L，當(dāng)然取等于時(shí)為最佳效果，這時(shí)，可以由箱梁斷面得到墩帽長度L，墩柱寬度a由橋?qū)挍Q定，一般經(jīng)驗(yàn)為橋?qū)挼淖笥?，墩帽高度h也很好確定，一般經(jīng)驗(yàn)大小為墩柱寬度a加0.5米，由此，決定R的三個(gè)參數(shù)大小確定了，R的值也就確定了。（2）抹角設(shè)計(jì)為了滿足美學(xué)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(nèi)，抹角c線性由30厘米變到5厘米。墩

5、柱高X處的抹角方程為：(0≤X≤H)當(dāng)0≤X≤H-hc=30cm當(dāng)H-h≤X≤H-0.15c=cm當(dāng)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(shè)計(jì)為了滿足美學(xué)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)，口和底寬度不同，這樣做主要是為了好脫模，同時(shí)保證了外形為鈍角，增加了視線范圍和美感。專業(yè)技術(shù)資料編輯整理分享WORD格式可下載摳槽的數(shù)量和深度同時(shí)會(huì)影響美學(xué)效果，根據(jù)放樣比較，一般認(rèn)為墩柱寬度a取整作為摳槽數(shù)目比較合適，如：寬度a為3米時(shí)，摳3個(gè)槽，為2米時(shí)，摳兩個(gè)

6、槽，為1.6米時(shí)，取整后為1米，摳一個(gè)槽比較合適；摳槽的深度，通過斷面放樣比較，認(rèn)為5cm又能滿足視覺要求，又不會(huì)對(duì)墩柱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的影響。墩柱摳槽示意圖(單位:厘米)圖（四）一、墩身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1．墩身荷載墩身除承受上部結(jié)構(gòu)自重和活載外，還承受溫度力、制動(dòng)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(dòng)力，其大小受各墩的剛度控制。當(dāng)溫度影響力與制動(dòng)力和大于支座滑動(dòng)磨阻力時(shí)，墩頂縱向水平力取滑動(dòng)磨阻力控制，即墩頂水平力Q=溫度影響力+制動(dòng)力水平力≤支座滑動(dòng)阻力。溫度影響力包括上部結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁在升溫、降溫、混凝土收縮、混凝土徐變情況

7、下對(duì)墩身產(chǎn)生的影響力，計(jì)算溫度影響力時(shí)考慮了基礎(chǔ)的影響。2．計(jì)算模式計(jì)算模式采用承載能力極限狀態(tài)法，矩形截面偏心受壓構(gòu)件計(jì)算。二、用牛腿計(jì)算模型進(jìn)行墩帽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于墩帽結(jié)構(gòu)酷似兩個(gè)連接的牛腿，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，受力也對(duì)稱，取墩帽的一半進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算(見圖五)。專業(yè)技術(shù)資料編輯整理分享WORD格式可下載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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的豎向力值；Fhk—作用于牛腿頂部按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的水平拉力值；—混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，C30混凝土=2.10Mpa；β—裂縫控制系數(shù)，此處取0.80；d—豎向力的作用點(diǎn)至

8、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(jì)算模型圖示(單位:米)圖(五)我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)40米跨，16.5米橋?qū)挘?/p>