桥墩计算长度系数的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种桥墩计算长度系数的确定方法，依据桥梁结构的实际尺寸，建立包含上部主梁结构和下部桥墩结构的整联桥梁模型1；对模型1进行屈曲分析，计算目标桥墩的稳定系数λ1，并提取施加在目标桥墩墩顶的单一竖向荷载P；再依据目标桥墩的实际尺寸，建立仅包含目标桥墩的模型2；对模型2进行屈曲分析，计算目标桥墩的稳定系数λ2；根据公式确定目标桥墩的计算长度系数。本发明专利技术的优点在于采用类比法，能排除自重和分析截面位置等多种干扰因素，对规则截面和复杂截面的桥墩均具有适用性，计算方法简单，计算精度高，工程实用性强。工程实用性强。工程实用性强。

【技术实现步骤摘要】
桥墩计算长度系数的确定方法


[0001]本专利技术涉及桥梁工程
，尤其是涉及桥墩计算长度系数的确定方法。

技术介绍

[0002]桥墩是桥梁结构中的重要构件。工程设计中引入计算长度系数μ来考虑桥墩、桥塔和柱子等压弯构件的二阶效应。桥梁设计中通常使用公式（1）求解桥墩的计算长度：l0＝μl
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公式（1）公式（1）中，l0为压弯构件失稳后，挠度曲线上两个相邻反弯点（弯矩为零）间的距离，即自由长度，也即桥墩的计算长度；l为压弯构件的几何长度。计算长度系数μ是影响桥梁安全与经济的一个重要设计参数，它受边界条件、结构刚度、结构自重等多种因素影响，确定方法较复杂。目前各国规范，甚至国内不同领域的设计规范对桥墩计算长度的取值方法也存在较大差别。如《混凝土结构设计规范》（GB50010
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2010）等规范中多根据工程设计经验、桥梁结构形式直接给定压弯构件的计算长度系数。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362
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2004）等规范中是基于Euler公式推导得到理想边界条件下压弯构件的计算长度系数：在压弯构件两端固定时，取0.5；当一端固定一端为不移动的铰时，取0.7；当两端均为不移动的铰时，取1.0；当一端固定一端自由时取2.0。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362
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2018）、美国AASHTO LFRD 2014和欧洲规范EN 1992
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1：2004等，是将桥墩从框架结构中分离出来，根据失稳图形的变形确定其边界条件，进而进行弹性稳定计算，最后通过Euler公式反算其计算长度系数。还有的是将桥墩作为构件放在单联或数联桥梁中进行屈曲分析，通过Euler公式反算桥墩的计算长度系数。
[0003]以上这些桥墩的计算长度系数确定方法存在以下问题和缺陷：1、计算方法复杂，不便于应用于工程设计。如《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362
‑
2018）等提供的方法需要建立构件的计算模型，计算得到包含位移、转角、轴力等多个参数及数个中间参数，而且部分参数是半理论半经验的公式，计算精度无法保证。
[0004]2、大部分方法对规则截面的桥墩具有一定的适用性，但对于复杂截面的桥墩适用性差，甚至会得到错误的计算结果。
[0005]3、是否考虑自重荷载，屈曲荷载P
cr
值的计算位置不明确，导致不同的设计人员即使是相同的结构得到的屈曲荷载P
cr
也差别较大，最终导致计算长度系数μ差别较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种桥墩计算长度系数的确定方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：本专利技术所述的桥墩计算长度系数的确定方法，包括以下步骤：S1，依据桥梁结构的实际尺寸，建立包含上部主梁结构和下部桥墩结构的整联桥梁模型1；
其中所述模型1的边界条件包括：主梁与目标桥墩建立支座约束；所述目标桥墩与基桩之间，建立“桩—土”约束；模型1的荷载包括：结构自重G、二期恒载和汽车荷载。
[0008]S2，对模型1进行屈曲分析，计算目标桥墩的稳定系数λ1，并提取施加在目标桥墩墩顶的单一竖向荷载P；S3，依据目标桥墩的实际尺寸，建立仅包含目标桥墩的模型2；其中所述模型2的边界条件包括：目标桥墩上端无约束；下端与基桩建立“桩—土”约束；模型2的荷载包括：所述施加在目标桥墩墩顶的单一竖向荷载P，不考虑目标桥墩所述自重G；S4，对模型2进行屈曲分析，计算目标桥墩的稳定系数λ2；S5，根据公式确定目标桥墩的计算长度系数；。
[0009]进一步地，所述的屈曲分析为理想的线弹性分支点稳定性分析。
[0010]进一步地，所述“桩—土”约束指依据实际的土层参数信息，按“m”法建立“桩—土”约束。
[0011]进一步地，所述所述汽车荷载是基于目标桥墩影响线施加的均布线荷载。
[0012]本专利技术的优点在于采用类比法，能排除自重和分析截面位置等多种干扰因素，对规则截面和复杂截面的桥墩均具有适用性，计算方法简单，计算精度高，工程实用性强。
附图说明
[0013]图1是本专利技术所述桥梁结构图示意图。
[0014]图2是本专利技术所述简化桥墩受力结构及坐标系示意图。
[0015]图3是本专利技术所述方法的流程图。
[0016]图4是本专利技术所述三柱式排架桥墩的示意图。
[0017]图5是本专利技术所述梁式桥示意图。
[0018]图6是本专利技术所述梁式桥的支座设计参数及布置图。
[0019]图7是本专利技术所述方法目标桥墩的模型2示意图。
具体实施方式
[0020] 下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]实施例1，本专利技术所依据的原理说明如图1所示展示的桥梁结构图，主梁1通过支座2架设在桥墩3顶端，桥墩位于基桩4之上。桥墩3作为桥梁结构中的压弯构件，桥墩3竖向主要受柱顶集中荷载和轴向主要受自
重均布荷载的作用。
[0022]对于图1所示结果，可以将桥墩3视为固结约束在基桩4底部，其假想嵌固点5可视为位于地面或最低冲刷线以下2/α处，即图中h=2/α。其中，α为按m法计算桩基时的变形系数。即简化为桥墩3底部固定，上端自由且无初始位移的压杆的受力结构。以该结构假想嵌固点5为坐标原点，建立坐标系，如图2所示。
[0023]在桥墩顶部的竖向集中轴压荷载P和轴向自重均布荷载q的作用下，该结构的y向变形量，即桥墩3的y向变形量，可使用弹性曲线的微分方程计算，如公式（2）：公式（2）其中，E为桥墩混凝土的弹性模量；I为桥墩的截面惯性矩，l为桥墩计算长度，P为桥墩顶部的轴压荷载，q为桥墩轴向均布荷载，即桥墩自重。η为桥墩的最大位移， s是桥墩曲线的长度。
[0024]公式（2）的实施是采用幂级数法计算桥墩3在y向变形量的精确解，但这个求解过程十分繁琐，也不便于在工程上应用。因此，本专利技术结合工程实际经验和力学原理，将桥墩轴向均布荷载简化成大小为mql的柱顶集中荷载。其中m的数值大小与桥墩的边界条件有关：当桥墩墩顶为定向约束时，m≈0.358；当桥墩墩顶自由时，m≈0.390。因此，对于一般的支座约束可偏安全的取m=0.39。则公式（2）可近似简化为公式（3）：（3）其中，为桥墩的计算长度系数；Pcr指桥墩的屈曲荷载大小。
[0025]根据公式(3)可知，桥墩的计算长度系数只与边界条件相关，与荷载无关。通过屈曲分析得到桥墩的稳定系数λ后，建立如下公式（4）：（4）整理公式（4），可得桥墩计算长度系数μ与假想嵌固点位置的轴压力和截面刚度满足公式（5）：（5）本专利技术提出桥墩计算长度系数确定的类比法，即对于同一承压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥墩计算长度系数的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，依据桥梁结构的实际尺寸，建立包含上部主梁结构和下部桥墩结构的整联桥梁模型1；其中所述模型1的边界条件包括：主梁与目标桥墩建立支座约束；所述目标桥墩与基桩之间，建立“桩—土”约束；模型1的荷载包括：结构自重G、二期恒载和汽车荷载；S2，对模型1进行屈曲分析，计算目标桥墩的稳定系数λ1，并提取施加在目标桥墩墩顶的单一竖向荷载P；S3，依据目标桥墩的实际尺寸，建立仅包含目标桥墩的模型2；其中所述模型2的边界条件包括：目标桥墩上端无约束；下端与基桩建立“桩—土”约束；模型2的荷载包括：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张士红，李斐然，郭晓光，王文敬，赵文龙，崔培力，张奇伟，
申请(专利权)人：李斐然，
类型：发明
国别省市：