花瓶墩的拉压杆模型设计方法研究

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1、胞工技术圈鞠圜礴疆豳一豳一花瓶墩的拉压杆模艰没计方法研究Study伽s虮It一柚d．tiemodel’sdesi印theo叫ofVasepier郑楷柱(广东省公路勘察规划设计院股份有限公司．广东广州510507)摘要：本文先对花瓶墩进行有限元实体分析，获取微观应力流传力机理，接着建立带参数的宏观拉压杆模型。进而结合最小余能原理，唯一确定拉压杆模型，最后依据内外力平衡条件计算出模型各杆件的内力，配筋验算和混凝土应力验算。这种拉压杆模型设计方法能解决花瓶墩扩头横向配筋问题。关键词：花瓶墩：拉压杆模型；最小余能原理；横向配筋舳stract：TIlispapero

2、bt缸mload廿=m如1isSionmech柚jSm南rmicm～s廿e豁在Dmdlesobd6ni证demem柚a峥sisofdlcv墩pier，拍desbbbsh幅dlemacms廿ut一柚d—demodd谢出pmmeterS．TodetemlinedIeuIliques廿ut一柚d一6emodd，dleminiⅡl哪exce镐principlew毡derived，柚df-吡thermore，tlle眦mbe嚣’intemal南rcew瓠detemlinedby山eequilibfi啪equadon硒rforcesyStc舶，池chw越app

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5、求；薄壁花瓶墩因其美观特点广泛的应用于城市高架桥中，然而其墩顶扩头受力复杂，为设计计算上带来较大的难度。本文从某高架桥花瓶墩的实体分析中，提出采用拉压杆桁架模型计算墩顶扩头横向配筋的方法。1受力特点分析为了更准确地获取花瓶墩的受力特点，采用ANSYS进行某高架桥花瓶墩的实体分析。分析的花瓶墩墩顶宽6．0m，墩身立柱宽3．6m，桥墩厚1．5m，在墩顶设置两个210mm×210mm矩形支座垫石，支座横桥向间距4．0m。一个支座反力为12960kN。模型建模模拟情况：将桥墩假设成弹性体，不考虑普通钢筋作用，忽略桥墩自重，墩底固结约束，将上部最大支座反力以面荷载施

6、加，单元用so州45，采用自动网格划分。ANSYS实体计算的主要结果如图1、图2、图3所示，分别提取了实体墩的整体主拉应力、桥墩中间沿横桥向剖面主拉应力和桥墩顶部中间横桥向路径主拉应力；桥墩除了顶部扩头有拉应力外，其它位置均为压应力，最大压应力2．9MPa。桥墩中间应力有7．4MPa的拉应力(横桥向)，由于普通钢筋没考虑，那是必然出现开裂，此时顶部横桥向的钢筋应局部加强。另在桥墩开槽位置出现了应力集中，最大达11MPa。结合文献2进一步分析可以知道，横向拉应力在墩顶扩头对称轴处最大，往悬臂端部和墩柱逐渐减小；在扩头两侧边缘均受竖向压应力，扩头以下的墩柱均受

7、竖向压应力。扩头的应力既不符合悬臂梁的应力分布，也不符合轴压杆的应力分布，即不符合线性分布的贝努利(Bemou⋯平面应力假定，出现了明显非线性状态的不连续区域，根据文献可称为D区。而墩柱应力比较符合轴压杆的线性应力分布，根据文献可称为B区。B区的内部应力状态很容易从截面力(弯矩、扭矩、剪力和轴向力)得出。对于D区的应力可以实体分析中获得。对于花瓶墩扩头的主应力分布及方向，可以大致知道扩头顶部以承受横向拉力为主，扩头两侧以承受压应力为主，墩柱全部承受均匀的压应39旋工技水力。这种受力特点可以用拉压杆桁架模型进行有效的模拟，从而根据计算结果配置钢筋。40囤3桥

8、墩顶部中间横桥向路径主拉应力(M艮)图2拉压杆设计方法21建立拉压杆模型研究花瓶墩扩头的力流图(图4)后，外力在结构中的传递可以通过简单的拉压杆桁架模型来描述。从花瓶墩实体分析可知道其弹性应力分布，然而只限假设其处于弹性均质体，实际上花瓶墩是配置了钢筋的混凝土构件，由于钢筋与混凝土的抗拉性能相差悬殊，可以假定混凝土不能承受拉应力顺桥向壁厚相对横桥向较小，忽略顺桥向壁厚的应力差别。花瓶墩扩头的受力特点，并利用结构对称的桥墩在对称荷载作用下内力对称的特点，可以建立如下的平面拉压杆模型f网5)-拉杆”认为全部由钢筋承受，压杆S1和S2认为全部由混凝土承受。其中P

9、为桥墩支座力、IO为支座间距、B为桥墩底宽、H为桥墩高、a为压杆S