不同墩高下城市独柱墩高架桥稳定性分析.docx

?

?

不同墩高下城市独柱墩高架桥稳定性分析

?

?

喻国辉

摘要：结合独柱墩城市高架桥墩越高对高架桥桥梁稳定性越不利的现象，结合具体实例应用abaqus有限元软件具体分析独柱墩墩高对稳定性影响的发展变化趋势，提出设计、施工时应注意的事项。

关键词：城市高架桥稳定性分析

Differentsinglecolumnpierviaductpieragainstcitystabilityanalysis

YuGuohui

(FacultyofCivilandTransportationEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou,China,510006)

Abstract:Combiningwiththephenomenonthatthehigherofsinglecolumnpierofurbanviaduct,themoreharmfulonstabilityofUrbanviaduct,usingfiniteelementsoftwareABAQUStoanalysthedevelopmenttrendofhighsinglecolumnpieronstability,puttingforwardthemattersshouldbetakencareofindesignandconstruction..

Keywords:UrbanviaductStabilityAnalysis

：U448.28：A

0引言

随着国民经济的快速发展，城市基础设施建设得到了迅猛的发展，城市高架路、立交桥也日益增多。不少高架路、立交桥的高度达到十几米乃至更高，这需要有较高的墩柱相匹配，而城市高架、立交的墩柱由于要考虑地面交通、绿化、管线及美观等因素，因此，桥墩截面一般设计得较小、且不少为独柱墩。这类墩柱虽然外形轻巧美观，但当高度达到一定值（15m)以上时，墩柱的稳定性问题就会凸现，对于这方面问题的研究目前较少，本文借助ABAQUS有限元分析软件探讨墩的高度的变化对桥墩稳定性的影响。

稳定问题基本理论

结构失稳是指外力作用下结构的平衡状态丧失，稍有扰动，则变形迅速增大，最后结构遭到破坏。求解结构弹性稳定性问题的实质是求结构在给定荷载作用下的一种状态，确定临界荷载和相应的屈曲形态。结构在初始平衡时的有限元表达式为：

(1)

式中：为结构刚度矩阵；

为结构几何刚度矩阵；

为结构节点位移向量；

为结构节点荷载向量；

式（1）中为结构初始应力矩阵，与荷载大小有关。

假设增至时，也增大倍，则式（1）为：

(2)

假定此时结构达到临界状态，则存在一扰动，使结构在外力不变的条件下达到新的平衡状态，得到：

(3)

将式（3）-式（2）得：

(4)

当行列式值为零时，有非零解，即对于任何的扰动，（4）式都成立。

这样将稳定问题归结为求解特征值问题。在工程运用中求解出最小的特征值，即可求出相应的特征向量，即模态。对于不同荷载工况计算出最小特征值也称为稳定安全系数，用于评价结构稳定安全性。

2对于一端固定一端自由的压杆稳定问题解析解法

如下图所示

一端固定一段自由压杆

设该一端固定一端自由等截面轴心受压弹性直杆构造长度为l,弹性模量为E，截面惯性矩为I，并且已处于新的曲线平衡位置，压杆挠曲线的平衡微分方程为

（1）

式中为失稳变形后压杆自由端处产生的位移，是未知数。

令，则

（2）

方程（2）的通解为

根据边界条件

可得

则稳定方程为

(3)

解此超越方程可得

则临界荷载

位移函数为

以上是采用解析法分析桥墩临界荷载计算的原理，显然对于一座确定的桥梁可以通过解析算法计算出桥墩的临界荷载。

3采用abaqus有限元分析软件分析不同墩高下，城市高架桥梁稳定性

3.1.1工程概况

本文所采用分析模型为某独柱墩城市高架桥，在其中一联箱梁其下有三根边独柱墩，这三根墩柱的截面尺寸均为130cm×150cm；其中横桥向长度为130cm，顺桥向长度为150cm，墩柱高度在15.6～16.3m之间;该联上部结构为三跨(25m+30m+25m)预应力钢筋混凝土连续箱梁，箱梁总重量为3725t，传递到这三根独柱墩上的最大竖向荷载分别为600t、400t、200t。墩的截面形式形状如下图：

3.1.2荷载组合

本文分析正常使用阶段桥梁的稳定性，故本文对桥墩采用弹性模型进行分析，所选用工况组合如下：

①最大竖向荷载600吨+桥墩重量的；

②最大竖向荷载600吨+桥墩重量的+18吨横向荷载。

③考虑初始偏心作用下，最大竖向荷载600吨+桥墩