花瓶墩系梁受力分析.docx

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1、花瓶墩系梁受力分析摘　要：平潭综合实验区市政桥梁桥墩常采用双柱花瓶式，平面杆系模型难以准确计算系梁横向受力，对其结果往往偏于不安全。根据应力迹线绘制“撑杆一系杆体系”并撑简化模型，分析各参数对横向系杆力的影响，并给出一种简便的计算方法。　关键词:花瓶墩柱；双实体有限元；撑杆一系杆模型　0．引言　花瓶桥墩由于造型优美，近些年已经被广泛运用在城市立交主线桥梁中。由于墩顶段成花瓶形，在支座反力的作用下墩顶系梁横桥向会产生较大的水平拉力，需根据计算，在系梁内配置合适数量的横向钢筋，避免系梁横向承载力的不足或裂缝的产生。1.计算钢筋用量及承载力可积分求得系梁截面内力，按《公路钢筋混凝土及预应力

2、混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)第6.4.4、6.4.3以及8.5.3条公式进行钢筋应力、裂缝以及抗拉承载力的计算，也可假定求得的横向拉力全部由横向钢筋来承受。为了控制裂缝，可根据结构所处的环境类别和拟配置的钢筋直径，来反算钢筋控制应力，将横向拉力除以钢筋控制应力，从而求得所需的钢筋面积。钢筋的布置宜尽量布置在较大的拉应力区，即靠近系梁上缘为宜。2.撑杆-系杆体系简化计算法根据花瓶墩顶“D区”类似于“深梁”的受力特点，可以考虑采用“撑杆-系杆体系”来计算其系杆力。根据实体有限元模型计算所得的应力迹线，按照杆件中心尽量与应力迹线重合的原则绘制杆件，建立的撑杆-系杆体系。值

3、得注意的是，此时部分撑杆与传统意义上的撑杆不同，其作用在混凝土外部，是“虚撑杆”，撑杆力的平衡是通过墩柱受弯来实现的。图1撑杆-系杆模型图图中系杆力：Td=N/tanθ式中：N——支座反力，KN；θ——撑杆系杆的夹角，（°）。从式中可知，双柱花瓶墩顶横向受力的计算即为系杆拉力的计算，而系杆拉力的计算也即为撑杆-系杆夹角θ的计算。《规范》第8.5.3条中有关撑杆——系杆体系算法。在承台短悬臂中，其根据外排桩中心距墩台边缘距离等于墩台高度情况下，采用：“梁式”和“撑杆——系杆”两种体系计算结果相近，经过试算，作了a=0.15h0的假设，从而求得θ的大小。上述桥墩按《规范》公式计算可得，θ

4、=87°，Td=524.1KN，与实体有限元结果差异很大，因此《规范》算法并不适用于双柱花瓶墩系杆力的计算，有必要探讨适合双柱花瓶墩系杆力的计算的参数a的合理取值。图2撑杆-系杆模型参数示意图3．参数分析经计算，影响θ值的因素很多，为了弄清系杆力的变化规律，下面结合有限元计算对系梁高度h、支座偏心距e、墩柱宽度D、墩柱高度H、系梁长度L、墩柱厚度B、系梁厚度b以及墩柱半径R等主要参数进行分析。3.1系梁高度h以某工程桥墩为例，仅变化系梁的高度，从90ｍ变化至210cm其他参数不变，计算结果见表1。该桥墩模型D＝140cｍ，B＝ｂ＝140cm,ｅ=55cｍ，L=380cm,H=800c

5、m,R=984cm.N=104KN,a=5cm,h0=h-a.计算表明：随着系梁高度的增加，θ值逐渐减小，横向系杆力Td逐渐增加，但增速逐渐放缓。系梁高度增加到一定时，杆力趋近于不变。3.2支座偏心距ｅ支座偏心ｅ分别取45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、75cm，其他参数不变，计算所得结果如表２．计算表明：座偏心位置与系杆力成正比，随着支座距墩柱底中心偏心距离的加大，θ值逐渐减小，系杆力增加显著。3.3墩柱宽度D墩柱宽度D分别取130cm、140cm、150cm、160cm、170cm，其他参数不变，计算所得结果如表3。计算表明：墩柱宽度与系杆力成反比，随着墩柱的加宽，

6、θ值逐渐增大，系杆力则线性减小。3.4墩柱厚度B墩柱厚度B分别取130cm、140cm、150cm、160cm、170cm，与系梁等厚，其他参数不变，计算所得结果如表4。计算表明：墩柱厚度与系杆力成正比，随着墩柱的变厚，θ值逐渐减小，系杆力线性增大，但变化幅度很小。3.5墩柱高度H墩柱高度H分别取500cm、600cm、700cm、800cm、900cm、1000cm，其他参数不变，计算所得结果如表5。计算表明：墩柱高度与系杆力成正比，随着墩柱的加高，θ值逐渐减小，系杆力线性增大。3.6墩柱半径R墩柱半径R分别取780cm、880cm、984cm、1080cm，其他参数不变，计算所得

7、结果如表6。计算表明：墩柱半径Ｒ与系杆力成正比，随着半径的加大，θ值逐渐减小，系杆力线性增大，但变化的幅度不大。3.7系梁长度L系梁长度L从320cm变化至1000cm，参数不变，算所得结果如表7计。计算表明：系梁长度与系杆力成反比，随着系梁的加长，θ值逐渐增大，系杆力则逐渐减小，但减速逐渐放缓，在系梁长度较短时，与系杆力呈线性变化。3.8系梁厚度b以上计算都是基于系梁与墩柱等厚的前提的，实际工程中，出于景观等方面考虑，常常有系梁与墩柱不等厚的情况。为研究