小宽厚比独柱墩帽梁的三维空间拉压杆模型研究

作     者：成丕富 罗晓光 常柱刚 王正军 

作者机构：长沙市规划设计院有限责任公司 中南大学土木工程学院 湘潭大学土木工程学院 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：湖南省教育厅一般项目(22C0071) 

主　　题：小宽厚比独柱墩帽梁 三维空间拉压杆模型 空间力流 纵桥向拉力 有限元法 

摘      要：小宽厚比独柱墩帽梁通常被用于下部结构空间受限的城市重载桥梁。与常规独柱墩帽梁构件相比，小宽厚比独柱墩帽梁厚度尺寸大于墩柱直径，且纵桥向的帽梁厚度与横桥向的帽梁宽度尺寸接近。针对规范中二维平面拉压杆模型方法仅能分析帽梁横桥向拉力，而缺乏考虑纵桥向拉力的不足，提出了针对小宽厚比独柱墩帽梁的基于其三维空间拉压杆模型的横、纵桥向拉力计算方法。该方法首先基于小宽厚比独柱墩帽梁空间力流特性建立三维空间拉压杆模型的基本构型，继而利用最小应变能准则推导出其最优构型以及横、纵桥向拉力。采用有限元积分方法验证该方法的正确性，并与规范中基于二维平面拉压杆模型方法进行对比。研究结果表明：小宽厚比独柱墩帽梁在支座荷载作用下结构受力存在空间效应，除横桥向帽梁顶部受拉外，在纵桥向厚度方向上，帽梁中部也存在显著拉应力，本文所提三维空间拉压杆模型较好的描述了小宽厚比独柱墩帽梁力流传递的空间特性。基于三维空间拉压杆模型的横、纵桥向拉力计算方法具有明确的物理意义和较高的计算精度。另一方面，与规范中二维平面拉压杆模型方法相比，三维空间拉压杆模型计算方法用于小宽厚比独柱墩帽梁设计计算更加安全且经济合理。