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柔性墩的静力分析
2024-01-30
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目录
柔性墩概述
静力分析基本原理
柔性墩模型建立与简化
载荷工况与加载方式选择
数值计算方法及实现过程
柔性墩变形特性分析
稳定性评价与优化设计建议
CHAPTER
柔性墩概述
01
柔性墩指的是在桥梁工程中，具有较大横向位移和转动能力的桥墩。
定义
柔性墩能够适应桥梁上部结构的变形，减小温度、收缩徐变等因素对桥梁结构的影响，提高桥梁的抗震性能和整体稳定性。
作用
结构特点
柔性墩通常采用钢筋混凝土或预应力混凝土结构，具有较大的截面尺寸和较小的刚度，以实现较大的横向位移和转动能力。
分类
根据结构形式和受力特点，柔性墩可分为单柱式、双柱式、门式等多种类型。其中，单柱式柔性墩结构简单，受力明确，适用于中小跨径桥梁；双柱式和门式柔性墩则具有更大的刚度和稳定性，适用于大跨径和特殊要求的桥梁。
适应大跨径桥梁建设
01
随着桥梁建设技术的发展，大跨径桥梁越来越多，柔性墩作为一种新型的桥墩结构形式，能够适应大跨径桥梁的建设需求。
提高桥梁抗震性能
02
柔性墩具有较好的抗震性能，能够在地震作用下减小桥梁结构的损坏程度，保障桥梁的安全性和通行能力。
节约材料和施工成本
03
相比传统刚性桥墩，柔性墩能够节约一定的材料和施工成本，降低桥梁建设的总体造价。同时，柔性墩的施工方法也相对简单，能够缩短建设周期，提高施工效率。
CHAPTER
静力分析基本原理
02
研究物体在力系作用下平衡规律的学科，是力学的一个分支。它主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律和方法。
静力学
力是物体间的相互作用，这种作用会使物体的运动状态发生改变（产生加速度）或使物体发生变形。
力的概念
作用于物体上的一组力，称为力系。力系可以是共点力系，也可以是空间一般力系。
力系的概念
柔性墩静力平衡方程的建立
基于静力学原理，考虑柔性墩在外部荷载作用下的平衡条件，可以建立其静力平衡方程。这些方程通常包括力平衡方程和力矩平衡方程。
方程的求解
柔性墩静力平衡方程的求解需要采用适当的数学方法，如矩阵运算、迭代法等。通过求解这些方程，可以得到柔性墩在静力作用下的内力和变形情况。
边界条件是指在求解区域边界上所求解的变量或其导数随时间和地点的变化规律。对于柔性墩而言，其边界条件通常包括位移边界条件、应力边界条件等。
边界条件的概念
在柔性墩的静力分析中，需要考虑各种约束条件，如支座的约束、墩身与基础的连接约束等。这些约束条件可以通过引入相应的约束方程或采用适当的约束处理方法来考虑。
约束的处理
CHAPTER
柔性墩模型建立与简化
03
01
02
04
假设墩身为线弹性体，忽略其非线性特性；
忽略墩底与地基之间的摩擦力，将其简化为固定端约束；
忽略温度、收缩徐变等时变效应对结构的影响；
将复杂的实际结构简化为易于分析的力学模型。
03
利用有限元软件建立柔性墩的三维实体模型；
对模型进行网格划分，选择合适的单元类型和网格密度；
施加边界条件和荷载，模拟实际受力情况；
进行静力分析，求解墩身的内力和变形。
01
02
03
04
材料参数
几何参数
荷载参数
边界条件
01
02
03
04
包括弹性模量、泊松比、密度等，对结构刚度和强度有直接影响；
如墩身高度、截面尺寸等，决定了结构的整体形态和承载能力；
包括恒载和活载，其大小和分布方式对结构受力有重要影响；
如支承方式、约束情况等，对结构内力和变形有很大影响。
CHAPTER
载荷工况与加载方式选择
04
包括结构自重、桥面铺装及附属设施等重量。
恒载
活载
附加力
包括车辆、人群等移动荷载，以及风、雪等自然荷载。
包括温度变化、混凝土收缩徐变等引起的附加内力。
03
02
01
通过千斤顶、堆载等方式模拟实际荷载，适用于短期、大吨位加载。
静力加载
通过激振器、振动台等设备模拟实际荷载的动力效应，适用于长期、小吨位加载。
动力加载
通过多个加载点同时施加荷载，以模拟实际荷载的分布情况。
分布式加载
基本组合
偶然组合
施工阶段组合
温度组合
考虑恒载和活载的标准值组合，用于结构承载力验算。
考虑施工过程中的临时荷载（如支架、模板等）组合，用于施工阶段结构安全性验算。
考虑偶然事件（如地震、撞击等）引起的荷载组合，用于结构安全性评估。
考虑温度变化引起的附加内力与恒载、活载等其他荷载的组合，用于结构温度应力验算。
CHAPTER
数值计算方法及实现过程
05
有限元法
将柔性墩划分为有限个小单元，对每个单元进行力学分析，再通过组装得到整体结构的力学响应。
边界元法
将柔性墩的边界离散化，通过边界上的未知函数和已知边界条件求解内部点的力学响应。
差分法
利用差分原理将微分方程转化为差分方程，通过迭代求解得到柔性墩的力学响应。
计算求解
根据所选的
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