高墩大跨刚构桥墩体施工稳定性研究

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1、摘要高墩大跨刚构桥是为适应山区地势而在我国高等级公路建设中广泛应用的一种桥型，多采用连续梁体系，桥墩一般采用空心薄壁墩。由于桥墩高度大，墩体的整体稳定性问题突出，尤其是在悬臂施工阶段。工程设计人员需要对墩体稳定性能有足够的认识，并且能使用较为简单的方法来进行墩体稳定设计。本文的目的就是针对工程中普遍采用的空心薄壁墩总结出可用于设计的弹性稳定临界荷载计算方法，并对稳定计算中实际存在的非线性问题进行分析，以期了解非线性因素对高墩稳定的影响。为了找到墩体弹性稳定的简化计算方法，本文尝试了静力平衡法、能量法、动

2、力法等多种解析计算方法，并对计算结果进行了比较。对于非线性稳定问题，主要采用梁单元有限元模型进行分析，同时引入了实体退化单元模型，采用VFEAP程序进行计算，用以解决传统实体单元有限元模型计算效率低、收敛难度大的问题。通过大量的计算分析工作，总结出了可用于单肢墩弹性稳定计算的变截面折减系数法，同时对双肢墩面内稳定的计算也给出了简化计算的建议。在非线性稳定计算方面，与实体模型相比，实体退化单元模型极大地减小了计算规模、提高了计算效率；与梁单元模型相比，实体退化单元模型能比较精确地描述结构的几何特性，计算结

3、果更为可靠。结果表明，非线性因素可以大幅降低墩体的稳定性。因此，在设计时应相应提高稳定安全系数；同时还需考虑墩体在设计荷载作用下是否有发生强度破坏的可能。目前弹性稳定计算已不存在问题，难点在于非线性稳定分析。实体退化单元模型为非线性稳定计算带来了突破，但尚不完善，需要进一步发展。关键词：高墩稳定变截面临界荷载实体退化单元VFEAPHAbstractLong-spanrigidframebridgewithhighpiersisbuiltwidelyinmountainareasashigh—gradeh

4、ighwayspreadsoverthiscountry．Thistypeofbridgeusescontinuousbeamsystemstructure，withhollowandthin—wallpiers．Asthepiers’heightisSOlarge，theproblemofinstabilityisofgreatconcern，especiallywheninthestageofcantileverconstruction．Engineersneedmoreacquaintancewi

5、ththestabilityofhighpiers，andlesscomplicatedmethodtodesignsafepiers．Forthisreason，thisarticlesearchestofindeasierapproachesforcalculatingthecriticalloadofthecommonlyusedhollowandthin—wallpiers，andexaminehowsomenonlinearfactorsinfluencethestabilityofhighp

6、iersthroughnonlinearanalysis．Someanalyticmethodwasusedtoderivetheformulaforcalculatingtheelasticbucklingload，suchasstaticequilibriummethod，energymethodanddynamicmethod，etc．Theresultofeachmethodwascomparedtomakesuretheresultsareallright．Fornonlinearstabil

7、ityproblems，aFiniteelementanalyzingprogramVFEAPwithaspecialelementtype“degeneratedsolidelement”isintroduced．NonlinearAnalysisimplementedondegeneratedsolidelementmodelismuchmoreefficientthanonsolidelementmodel．Byalargeamountofcalculationandsummarization，a

8、simplemethodusing“variablecross—sectionreductionfactor'’isproposedforsingle-limbpier'sbucklingloadcalculatingpurpose．Similarsuggestionswerealsogivenondouble—limbspier．Resultsofnonlinearanalysisshowthatnonlinearfactorsgreat