基于ANSYS的薄壁墩受力性能分析及参数优化研究-《混凝土与水泥制品》杂志社

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基于ANSYS的薄壁墩受力性能分析及参数优化研究

Analysis of Mechanical Performance and Parameter Optimization of Thin-walled Pier Based on ANSYS

浏览量:

关键词：

桥梁工程；箱型薄壁墩；双薄壁墩；数值分析；受力性能

Key words：

Bridge structure; Thin-wall box pier; Double thin-wall pier; Numerical analysis; Mechanical performance

刊期：

２０19年第1期

DOI：

10.19761/j.1000-4637.2019.01.085.06

文章编号：

基金项目：

国家自然科学基金项目（51668042）。

作者：

唐先习，张景伟，孙拴虎，何勇

单位：

（兰州理工大学土木工程学院，730050）

摘要

摘要：在高速公路刚构桥墩台设计与施工中，箱型薄壁墩与双薄壁墩因其施工简便，经济实用等特点而被广泛采用。本文基于ANSYS有限元软件分别对这两种结构形式进行了建模分析，以期通过对比他们的力学性能来优化设计方案，选取合理的设计参数，进一步指导施工。通过分析对比在荷载作用下最不利截面上应力和位移的变化情况，总结出同一形式薄壁墩在同一截面与不同截面下应力的变化规律，以及不同横截面积情况下桥墩顶端位移的变化规律。在考虑两种形式的薄壁墩受力性能的的基础上，给出了优化箱型薄壁墩薄壁厚度的选取范围，并针对双薄壁墩提出增加横向连接的建议。

Abstract: During the construction of rigid frame piers of expressways, box thin-walled piers and double thin-walled piers are widely used because of their lots of characteristic, such as simple construction, economy, practicality and so on. ANSYS finite element software is used to model and analyze the two types of structures, in order to optimize the design scheme by comparing their mechanical properties, and select reasonable design parameters, and guide the construction. By analyzing and comparing the changes of stress and displacement on the most dangerous cross-section under the load, the law of stress variation of the same type of thin-walled pier under the same cross-section and different cross-section are summarized. On the basis of considering the mechanical properties of two types of thin-walled piers, the thin-walled thickness of box thin-walled piers is given, and suggestions for adding the lateral connection of double thin-walled piers are put forward.

结论

（1）对某一顺桥向宽度的桥墩而言，从棱角处到横断面中部，主应力值逐渐减小，这与矩形截面的主应力变化规律相反。在桥墩横断面面积不变的情况下，随着纵桥向宽度增大和纵向壁厚减小，桥墩底部横截面棱角处的应力突变值逐渐减小，棱角内侧应力增加的现象逐渐消失。棱角处的主应力值和侧面中部的主应力值都逐渐减小，但减小幅度越来越缓。对于桥墩顶部位移而言，其值移逐渐减小，且减小幅度越来越缓。在桥墩横断面面积不变的情况下，随着纵桥向宽度增大和纵横向壁厚同时减小的箱型薄壁墩的应力及位移变化规律大体相同。因此，对于空心薄壁墩而言，顺桥向宽度值不应设计太小，一般应大于250 cm。而对于薄壁墩的壁厚，纵横向厚度值最好能保持适当的比例，考虑到钢筋布置等原因，最薄的薄壁不应小于50 cm。

（2）对于双薄壁墩而言，若不考虑上部结构对桥墩的弯矩作用，就相当于有两个单独的薄壁在起作用，薄壁之间的距离对应力和位移没有影响。在桥墩横截面积相同、作用水平力相同的情况下，相对比于箱型薄壁墩位移和应力的变化情况而言，双薄壁墩的第一主应力和墩顶位移都远大于后者。因此，对于双薄壁墩时，可根据刚构桥梁墩刚度的协调要求进行选用。

（3）对钢筋混凝土箱型薄壁墩与双薄壁墩的受力性能的分析，本文进行了静力方面的分析对比，没有考虑桥梁振动和混凝土疲劳等因素的影响，并且数值模型采用了较简单分析的方法，未考虑到混凝土产生裂缝后的应力重分布等问题，因此，还有待进一步研究。

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引用本文

唐先习,张景伟,孙拴虎,等.基于ANSYS的薄壁墩受力性能分析及参数优化研究[J].混凝土与水泥制品,2019(1):85-90.

TANG X X,ZHANG J W,SUN S H,et al.Analysis of Mechanical Performance and Parameter Optimization of Thin-walled Pier Based on ANSYS[J].China Concrete and Cement Products,2019(1):85-90.

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