铁路桥墩通用计算平台任意截面形变刚度与温度初载法研究

作     者：王雨权 国巍 苏伟 廖立坚 李林安 周俊龙 WANG Yuquan;GUO Wei;SU Wei;LIAO Lijian;LI Lin’an;ZHOU Junlong

作者机构：中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院天津300308 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 天津大学力学系天津300350 中国建筑第六工程局有限公司工程技术研究院天津300170 

基　　金：中国铁路设计集团有限公司科研项目(2021A240602) 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2023年第20卷第8期

页      码：2923-2933页

摘      要：为了提高铁路桥墩及基础批量化设计中桥墩外力及变形的计算精度,解决复杂墩形的外力及墩顶位移等设计指标的高效精准求解难题,研制了适用于计算任意横截面、沿墩高形变的铁路桥墩通用计算平台,构建一套基于任意截面形变单元加载技术为核心的铁路桥墩仿真计算方法。该方法的关键步骤有:1)通过自定义任意桥墩截面输入格式及基于泊松方程的有限元网格剖分求解方法,搭建任意截面几何特性计算功能;2)通过基于力的平衡及余能定理、卡氏第二定理,推导形变刚度矩阵,利用结构力学法得到等效节点荷载,进而建立形变单元加载算法;3)通过自定义温度场,并引入初轴力、初弯矩概念,然后基于单元力学平衡关系,得到形变单元的等效温度节点力,从而创建温度效应的初载法;4)据此编制完成铁路桥墩通用计算平台,并分别采用商业有限元软件Midas对(60+100+60)m高铁连续梁桥墩地震力、采用Abaqus对圆端形形变构件空心墩温度作用墩顶位移进行验证。研究结果表明:平台的地震力计算结果与Midas的最大误差为0.18%,表明形变刚度及任意截面几何特性计算功能满足工程精度要求;温度作用下,当墩高超过21 m时,平台计算墩顶位移与Abaqus的最大误差为0.52%,误差随墩高增加而减小,表明温度效应的初载法准确度高。研究成果可为研制相同类型铁路桥墩设计仿真平台提供一种精度高且技术路线可行的简便方法。

主 题 词：桥墩 形变刚度 任意截面 温度初载法 计算平台 

学科分类：081406[081406] 08[工学] 0814[工学-地质类] 082301[082301] 0823[工学-农业工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20221617

馆 藏 号：203123939...