薄壁花瓶墩柱的應(yīng)用的研究

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1、實用標準文案薄壁花瓶墩柱的應(yīng)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(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法，外形設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計分別以牛腿和深梁的計算模型進行結(jié)構(gòu)設(shè)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。【關(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，大部分均為花瓶式薄壁墩柱。二、外形設(shè)計初步設(shè)計階段，對墩柱藝術(shù)造型進行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)滿

2、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）?；ㄆ渴奖”诙罩Ч麍D圖（一）為了便于表示，把16.5米橋?qū)挼亩罩嫗锳型墩柱，把13米橋?qū)挼亩罩嫗锽型墩柱。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(cè)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(shè)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(cè)面圓曲線與墩柱側(cè)面相切，并經(jīng)過上頂點，由此根據(jù)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(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(shù)；根據(jù)此函數(shù)，可以設(shè)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?qū)挍Q定，一般經(jīng)驗為橋?qū)挼淖笥?，墩帽高度h也很好確定，一般經(jīng)驗大小為墩柱寬度a加0.5米，由此，決定R的三個參數(shù)大小確定了，R的值也就確定了。（2）抹角設(shè)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(nèi)，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(shè)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(shù)量和深度同時會影響美學效果，根據(jù)放樣比較，一般認為墩柱寬度a取整作為摳槽數(shù)目比較合適，如：寬度a為3米時，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(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(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁在升溫、降溫、混凝土收縮、混凝土徐變情況下對墩身產(chǎn)生的影響力，計算溫度影響力時考慮了基礎(chǔ)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(gòu)件計算。二、用牛腿計算模型進行墩帽結(jié)構(gòu)設(shè)計由于墩帽結(jié)構(gòu)酷似兩個連接的牛腿，結(jié)構(gòu)對稱，受力也對稱，取墩帽的一半進行結(jié)構(gòu)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(yīng)標準組合計算的豎向力值；Fhk—作用于牛腿頂部按荷載效應(yīng)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(shù)，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?nèi)藴?0米跨，16.5米橋?qū)?，靜載20000KN，活載3500KN，A型墩柱為例進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，F(xiàn)hk=0，d=0和h0=h-