變截面墩柱計算長度理論研究.pdf

1、隨著山區(qū)高速公路和城市道路的不斷建設(shè)，變截面橋墩和異型橋墩因其受力合理、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代橋梁工程中廣泛應(yīng)用。現(xiàn)行《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》中僅給出等截面橋墩的計算長度系數(shù)，未給出計算變截面橋墩計算長度系數(shù)的通用公式。雖然可以采用有限元法較為精確地計算變截面墩的承載力，但計算要求高、適用性差，效率低。本文以假想固結(jié)點(diǎn)和換算慣性矩計算理論為基礎(chǔ)，引入了傳遞矩陣法及能量原理中的瑞利-里茲法等算法，運(yùn)用力學(xué)平衡原理，開展了

2、以下研究工作：
　　 ①計入樁基影響的墩身實(shí)際長度的研究。開展橋墩計算長度的理論計算，確定構(gòu)件的實(shí)際長度是關(guān)鍵。為反映墩身受樁與地基土的影響，針對工程上常用的摩擦樁、端承樁和嵌巖樁，引入假想固結(jié)點(diǎn)計算原理，以樁項(xiàng)水平位移和轉(zhuǎn)角為控制量，運(yùn)用m法計算受地基土影響的樁頂水平位移和轉(zhuǎn)角與不考慮土層影響的假想固結(jié)點(diǎn)法計算的結(jié)果一致為目標(biāo)，并且引入樁身材料系數(shù)作為假象固結(jié)點(diǎn)法的附加參數(shù)，開展假想固結(jié)點(diǎn)計算公式的推導(dǎo)。計入了地基土之間復(fù)雜的

3、相互作用對墩身的穩(wěn)定、承載力和抗推剛度的影響，重新界定了墩身構(gòu)件實(shí)際長度的取值。
　　 ②變截面橋墩等效于等截面橋墩的換算慣性矩的研究。墩身慣性矩是橋墩計算長度理論計算的重要參數(shù)。本文參考了穩(wěn)定理論中計算長度的計算方法，將變截面墩等效為等截面墩，并使兩者臨界荷載相等為條件，引入用瑞利-里茲法和傳遞矩陣法分別對漸變截面和階形變截面橋墩的換算慣性矩開展了公式的推導(dǎo)工作。并對變截面橋墩的換算慣性矩的計算公式進(jìn)行合理簡化，使其滿足工程計

4、算公式的簡便性的特點(diǎn)，同時提高其計算精度，擴(kuò)大了公式適用范圍。
　　 ③墩頂約束剛度計算公式的推導(dǎo)。墩頂約束是影響構(gòu)件計算長度計算精度的重要條件。結(jié)合本文推導(dǎo)的假想固結(jié)點(diǎn)和換算慣性矩公式，將變截面橋墩等效成歐拉柱對墩項(xiàng)約束剛度的中間參數(shù)--墩頂抗推剛度的計算公式進(jìn)行簡化。并通過實(shí)際工程數(shù)據(jù)對抗推剛度公式的計算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 ④結(jié)合以上研究的內(nèi)容，借鑒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論中求解歐拉柱計算長度系數(shù)的微分方程針對變截面墩的計算長