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薄壁花瓶墩柱的应用研究

宝来

【摘要】本文重点讨论了花瓶式薄壁墩柱的外形设计和构造设计的一般方法，

外形设计使墩柱能适合任何箱梁断面，并给出了外形的曲线方程；构造设计分别

以牛腿和深梁的计算模型进展构造设计，并编制了牛腿和深梁的计算程序，以来

提高工作效率，最后用ANSYS大型有限元分析软件进展分析复核计算。

【关键词】墩柱牛腿深梁ANSYS有限元

一、工程概况

东南半环高架桥南起津塘公路南侧700米，北至程林庄路北400米，全长5.2km，其中

桥梁全长5km，面积：178000余平米。全线墩柱共400来个，大局部均为花瓶式薄壁墩柱。

二、外形设计

初步设计阶段，对墩柱艺术造型进展了优化设计。根据满足墩柱受力要求、考虑艺术效

果、方便施工等原则，优化设计出了花瓶式薄壁墩，见图〔一〕。花瓶式薄壁墩柱的圆滑曲

线给人以美感，墩柱两侧曲线同上部箱梁的斜腹板自然衔接，浑然一体，见图〔三〕。

花瓶式薄壁墩柱效果图

图〔一〕

为了便于表示，把16.5米桥宽的墩柱计为A型墩柱，把13米桥宽的墩柱计为B型墩

柱。每个墩柱由墩身和墩帽两局部组成。符号意义说明如下：

h—墩帽高度单位：米

L—墩帽长度单位：米

H—墩柱总高度单位：米

R—墩柱侧面切圆半径单位：米

a—墩柱宽度单位：米

b—墩柱厚度单位：米

c—抹角宽度单位：厘米

〔1〕墩柱墩帽设计

A型墩柱墩帽高3.5米，墩帽长6米，B型墩柱墩帽高2.5米，墩帽长3.5米，帽顶厚

度均为0.15米。侧面圆曲线与墩柱侧面相切，并经过上顶点，由此根据勾股定理〔见图

二阴影局部〕导出墩帽高度h和墩帽长度L与半径R的关系：

.z

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墩帽外形图(单位:米)

图〔二〕

(h0.15)2La

即R=+

La4

A型墩柱：h=3.5m，a=3m，L=6.0m得到R=4.4908m

B型墩柱：h=2.5m，a=2m，L=3.5m得到R=4.0567m

由上面推导结果可以看出，R为h，La的函数，L减a为墩柱的悬臂，也可以说R为墩帽

高〔h〕和墩柱悬臂〔L减a〕的函数；根据此函数，可以设计出适合任何箱梁的墩帽，为了

满足墩柱美学要求，箱梁底宽要大于或等于墩帽长度L，当然取等于时为最正确效果，这时，

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可以由箱梁断面得到墩帽长度L，墩柱宽度a由桥宽决定，一般经历为桥宽的左右，墩帽

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高度h也很好确定，一般经历大小为墩柱宽度a加0.5米，由此，决定R的三个参数大小确

定了，R的值也就确定了。

〔2〕抹角设计

为了满足美学要求，墩柱做抹角处理。墩身抹角c为30厘米，墩帽顶抹角c为5厘米，

墩帽抹角在h-0.15围，抹角c线性由30厘米变到5厘米。

墩柱高*处的抹角方程为：(0≤*≤H)