变截面高桥墩临界压力的计算

程 林



变截面高桥墩临界压力的计算

程 林

(惠州市市政工程勘察设计研究院, 广东 惠州, 516000)

基于能量方法, 利用势能驻值条件推导出了变截面高桥墩临界压力的计算公式, 并比较了本文方法与ANSYS的计算结果. 算例分析表明, 该方法比ANSYS的计算过程更简便, 而计算精度非常接近.

变截面; 高桥墩; 临界压力; 能量法

近年来, 随着我国基础设施建设的逐步完善, 在山区修建的高速公路、铁路越来越多, 而高桥墩的出现也越加频繁. 高桥墩的造型改变了以往桥墩粗、大、密实的特点, 向着轻、薄、美观的方向发展. 高桥墩的设计不再仅仅由强度、裂缝控制, 因此其稳定问题越来越突出. 文献[1]由能量法得到了考虑高桥墩桩基中桩、柱材料和几何特性差异的桩土体系总势能, 导出相应的屈曲临界荷载和稳定计算长度; 文献[2]对双薄壁高墩刚构桥结构形式与尺寸进行了参数化拟合, 用Ritz法导出了最不利施工状态下结构临界荷载的计算公式; 文献[3]以稳定性理论为基础, 推导了线弹性情况下高墩大跨连续刚构桥的稳定系数的理论计算公式; 文献[4]用能量法推导了大跨度连续桥梁高墩自体稳定系数计算公式. 但是, 高桥墩临界压力的计算都比较复杂, 不便于被工程设计人员所掌握. 因此, 本文基于能量方法, 利用势能驻值条件推导出了变截面高桥墩临界压力的计算公式, 并把本文方法的计算结果与有限元方法的计算结果进行了比较, 证明了本文方法的计算精度很高.

1 计算理论及方法

图1 变截面高桥墩

高桥墩截面沿高度线性变化, 于是任意高度截面处的惯性矩可以表示为:

任意高度截面处受自重产生的轴力:

根据位移边界条件, 设压杆的变形曲线为：

将式(3)对求导, 得:

根据能量原理[5], 体系的应变能为：

式中为高桥墩混凝土弹性模量, 将式(1)及式(5)代入式(6), 有:

荷载势能为:

将式(2)、式(4)代入式(8), 可得:

体系的总势能为：

将式(7)、式(9)代入式(10), 可以得到:

根据势能驻值条件有:

将上式化简, 得到:

将式(14)代入式(12), 得:

式(15)的系数行列式等于0, 即:

2 算例分析

分别对应不同的墩高, 将式(17)、式(18)代入式(11), 按本文方法用Matlab软件计算的结果与ANSYS的相应计算结果的比较见表1. 体育舞蹈市场化的支柱. 体育舞蹈协会的赛事, 应最大限度的向全社会开放, 广泛宣传, 让更多的人参与进来. 力求创体育舞蹈品牌赛事, 以赛事推动体育舞蹈竞技、表演、培训和体育舞蹈用品市场的全面发展[4].

3.3.5 加强体育舞蹈产业队伍建设

体育舞蹈健身娱乐市场产业化的发展需要一批既懂体育, 又懂经营的体育产业队伍, 其中包括体育管理人才、市场决策与经营人才、科研人才和体育舞蹈运动人才. “近亲繁殖”已成为体育舞蹈产业发展的制锢.

4 结束语

随着北京奥运会的成功举办和中国竞技体育取得的辉煌成就, 中国体育的发展重点已战略性的转移到群众体育上来, 而体育舞蹈健身娱乐市场根植于群众性的健身娱乐活动之中, 我们相信, 随着人民生活水平的不断提高, 体育舞蹈健身娱乐市场的社会消费需求会越来越大, 前景会越来越好.

[1] 张清澍, 陈瑞璋, 伏宇军. 体育舞蹈[M]. 北京: 北京体育大学出版社, 1997: 1-44.

[2] 熊建设. 我国体育舞蹈竞赛市场化运作模式的理论研究[D]. 武汉: 武汉体育学院, 2006.

[3] 章巧珍. 影响我国体育舞蹈发展的因素及对策[J].宿州教育学院学报, 2006, 9(1): 120-122.

[4] Swenden. 影响体育舞蹈产业化的主要因素[EB/OL]. (2009-9-24)[2010-01-24]http://hi.baidu.com/swenden/ bl- og/item/54c3b7ccaffeaf1a01e92834.html.

Critical pressure calculation of high pier with variable section

CHENG Lin

(Huizhou Investigation and Design Institute of Municipal Engineering, Huizhou 516000, China)

The calculation formulas for critical pressure calculation of high pier with variable section were derived by the condition of stationary value potential energy based on energy method, and comprised of results from this method with ANSYS. Analysis of examples indicates that the method not only simplified the calculation process but also got a calculation accuracy quite close to ANSYS.

variable section; high pier;critical pressure; energy method

U 441

A

1672-6146(2010)03-0081-02

10.3969/j.issn.1672-6146.2010.03.021

2010-08-25

程林(1977-), 男, 工程师, 主要从事市政工程设计工作.