空心薄壁桥墩钻孔后局部应力分析
薄壁结构中的应力分析和薄板理论
薄壁结构中的应力分析和薄板理论薄壁结构是指在某一方向上尺寸远远小于其他两个方向的结构。
它们在工程领域中广泛应用，如飞机机身、汽车车身、船舶外壳等。
在设计和分析这些结构时，应力分析和薄板理论是必不可少的工具。
首先，我们来了解一下应力分析。
应力是物体内部的力分布，它是由外部施加的力和物体内部的几何形状共同决定的。
在薄壁结构中，由于其尺寸的特殊性，应力分布具有一些特殊的规律。
例如，在一根薄壁柱上施加一个压力，应力分布呈现出一个圆环状。
这是因为薄壁结构的几何形状限制了应力的传递路径，使得应力集中在壁的边缘处。
这种应力分布的特点对于薄壁结构的设计和分析具有重要意义。
接下来，我们来介绍薄板理论。
薄板理论是一种基于假设的理论，它假设薄板在受力时可以看作一个平面。
根据这个假设，可以得出一些重要的结论。
首先，薄板的应力只有两个分量，即法向应力和切应力。
这是因为薄板的厚度相比于其宽度和长度来说非常小，所以沿厚度方向的应力可以忽略不计。
其次，薄板的应力分布可以通过一些简化的方法进行计算。
例如，可以使用平衡方程和边界条件来求解薄板的应力分布。
在实际的工程应用中，薄壁结构的设计和分析需要考虑到多种因素。
首先，材料的选择非常重要。
不同的材料具有不同的力学性质，如弹性模量、屈服强度等。
这些性质直接影响到薄壁结构的应力分布和变形情况。
其次，结构的几何形状也是一个关键因素。
不同的几何形状会导致不同的应力分布和应力集中情况。
因此，在设计薄壁结构时，需要考虑到材料和几何形状之间的相互影响。
此外，薄壁结构的应力分析和薄板理论还可以应用于其他领域。
例如，在医学领域中，可以使用薄板理论来分析和设计人体骨骼的结构。
在航天领域中，可以使用应力分析来评估航天器的结构强度。
在建筑领域中，可以使用薄板理论来设计建筑物的外墙结构。
薄壁结构的应力分析和薄板理论在不同领域中都具有广泛的应用前景。
综上所述，薄壁结构的应力分析和薄板理论是设计和分析薄壁结构的重要工具。
桥墩开孔支承的有限元分析及局部补强
面为 ０ ４ ．５ｍ×０ ４ 。墩 身不 仅承受托 架剪力键 的竖 向压 力 ， ３ ２． 竖 向应 力 ．５ｍ） ． １ 而且上下各有一对顶 紧支座 作用 于墩身 。由七组精 轧螺 纹钢施 竖向应力分布可以通过最后计算机显示结果得 出。根据计算 加预应力 ， 使托架紧 紧抱住墩 身 （ 触面为 Ｓ）形 成稳 固的支 承 结 果 （ＫＤ Ｌ Ｓ Ｌ ＴＩ Ｎ：Ｔ Ｐ＝１Ｓ Ｂ＝１Ｄ 接 ， Ｉ ）Ａ Ｏ Ｕ Ｏ Ｓ Ｅ Ｘ Ｕ ＭＸ＝．０ ２Ｓ ０ １０ ＭＮ 体系 。 １ ３４Ｓ ７ ＭＸ＝８ ０ ０ ８ 及 分布 图显示 ： ６ ．４ ） 在位 于孔 口下 方位 置
中图分类号 ： ４ ３ ２ Ｕ ４ ．２
文献标识码 ： Ａ
表 １ 混 凝 土 材 料 的 输 入 参 数
混凝土体抗压强度 弹性模量 单轴抗压强度 单轴抗拉强度 裂缝间剪力传递 Ｂ 泊松比 系数 Ｂ
１ 工 程概 况
温福铁路是全 国“ 四纵 四横 ” 铁路 快速客运干线 之一 ， 于浙 位 东南 和闽东北沿海地 区。标准 为 Ｉ级 干线 ， 设计速度 ２ ０ｋ ｈ ０ ｍ／ ， 预留 ２ ０ｋ ｈ条件 。线路 在浙闽交界处地 形复杂 ， ５ ｍ／ 多为 山地 ， 采 用桥 隧相连 的方式通 过该地 段。线路上 的大 垄大 桥 、 堂大桥 、 仙
Ｎ／ｒ ｔ ｍ
３ Ｏ
Ｎ／ｒ ｔ ｍ
２ ０ ４０ ０ Ｏ２
Ｎ＾ｍ Ｔ
２ ５０
Ｎ ｍ ＾Ｔ
３ １ ｌ ２５
张开
０． ５ ３
闭合
０． ５ ７
定义钢材 的材料 性质 ： 在本 例 中 ， 材 的屈服准则 选用 双线 钢 性随动强化材料 （ Ｋ Ｎ） Ｂ Ｉ 。钢 材 的输入 参数泊 松 比 弹性模 量 Ｅ 和屈服强度 见表 ２ 。
局部承压的应力分析
2．适用条件： Acor＞Al 且Acor 的重心与Al 的重心重合
三、局部承压区的抗裂性计算
≤ 0 Fld
Fcr 1.3s fcd Aln
Ax/ Al
小结
局部承压区的应力状态较为复杂。当近似按平面应力 问题分析时，局部承压区中任何一点将产生三种应力， 即σx、σy和τ。
局部承压的特点：构件表面受压面积小于构件截面积； 局部承压面积部分的混凝土抗压强度，比全面积受压 时混凝土抗压强度高；在局部承压区的中部有横向拉 应力可使混凝土产生裂缝。
3、间接钢筋的混凝土局部承压强度提高系数的计算公式：
cor
≥1
Acor Al
式中：为间接钢筋网或螺旋钢筋范围内混凝土核心面积
§10.3 局部承压区的计算
一、局部承压区计算的内容： 《公路桥规》要求必须进行局部承压区承载能力和抗裂性计
算。 二、局部承压区的承载力计算：
1、计算公式：
0Fld ≤ Fu 0.9 ηs fcd kρv βcor fsd Aln
§10.2 混凝土强度提高系数
一、混凝土局部承压提高系数：
1、β计算公式：
式中
Al
Ab
Al
——局部承压面积（考虑在钢垫板中沿45°刚性角 扩大的面积），当有孔道时（对圆形承压面积而言）
不扣除孔道面积；
Ab ——局部承压的计算底面积。
2、 局部承压的计算面积的确定： 确定方法：“同心对称有效面积法”，即应与局部 承压面积具有相同的形心位置，且要求相应对称。 取值大小：见图10－6
四、局部承压的特点： 构件表面受压面积小于构件截面积； 局部承压面积部分的混凝土抗压强度，比全面积受压 时混凝土抗压强度高； 在局部承压区的中部有横向拉应力（图10-1），这种 横向拉应力可使混凝土产生裂缝。
薄壁空心墩首件工程施工总结
薄壁空心墩首件工程施工总结薄壁空心墩首件工程施工总结为响应业主及总监办的号召，实现创优工程的顺利进行，为桥梁薄壁空心墩施工大面积开展创造有力的条件，我TJ-13标在薄壁空心墩工程开工前，为确保我合同段内的薄壁空心墩工程质量符合设计要求及技术标准，我标段选定XX特大桥2#空心墩为我标段薄壁空心墩首件工程。
一、工程简介：RK103+205XX特大桥全长1490.72m，共9联37孔，8×(4×40)+5×40。
上部采用40m装配式部分预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用柱式（薄壁空心）墩，柱式台，基础采用钻孔灌注桩,该桥为整体式新建桥梁，全宽20.5m。
本次薄壁空心墩首件工程选择为RK103+205XX特大桥25m薄壁空心墩2#墩，墩身浇筑采用C30混凝土，共552.4m3，钢筋用量总计140482kg。
此项工程于2012年4月30日开工，到2012年7月25日完成。
本工程采取的主要施工方法为：钢筋笼在场内加工制作完成，现场吊车配合安装。
外模板采用巩义维达钢模板，内模板采用竹胶板，采用翻模施工技术。
砼采用集中拌合，罐车运输，结合混凝土泵车进行浇筑。
从整个施工过程来看，该首件工程施工工序顺畅，薄壁空心墩质量达到设计规范要求。
二、首件目的1、熟悉薄壁空心墩施工运作程序和各种检测手段，使以后薄壁空心墩施工在有序、有效的组织和监督下优质高效进行。
2、更好的调整人员组织机构。
3、更好的了解薄壁空心墩施工过程中所需注意的特殊事项。
4、探索更为有效地质量控制手段。
5、通过首件施工得到的成果总结，指导今后薄壁空心墩施工的开展。
6、摸索、总结、优化适合本工程薄壁空心墩施工，符合《招标文件》的技术、质量要求以及符合部颁质量标准规范的程序化管理方法和质量、安全、环境保障措施。
三、资源配备1、施工人员配置表主要管理人员配备表2、施工机械设备、检测仪器配置情况施工主要机械、检测仪器配备表墩身施工机械设备表3、施工材料砂：采用洛宁砂；碎石：采用陕县龙兴石料场的碎石；水泥：采用河南仰韶水泥有限公司生产的水泥；粉煤灰：采用新安县电力集团生产的一级粉煤灰；外加剂：采用山西黄腾化工有限公司HT-HPO减水剂;水：采用饮水水。
薄壁圆筒应力分析
确定材料属性：了解薄壁圆筒所使 用的材料，包括弹性模量、泊松比、 密度等参数。
添加标题
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添加标题
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确定边界条件：根据实际情况，确 定薄壁圆筒的受力情况、温度、压 力等边界条件。
建立数学模型：根据力学原理和边 界条件，建立薄壁圆筒应力分析的 数学模型。
有限元法：将结构离散为有限个小的单元， 对每个单元进行受力分析，再综合求解整 个结构的应力分布。
薄壁圆筒应力分析
汇报人：XX
目录
薄壁圆筒应力分析 的基本概念
薄壁圆筒应力分析 的方法
薄壁圆筒应力分析 的步骤
薄壁圆筒应力分析 的注意事项
薄壁圆筒应力分析 的应用
薄壁圆筒应力分析 的基本概念
薄壁圆筒：指壁厚远小于其直 径的圆筒形结构
特征：承受内压、外压或内外 压同时存在的情况
受力特点：主要承受环向应力 和径向应力
薄壁圆筒的应力 分析对于确保石 油化工工程的安 全性和稳定性至 关重要。
通过薄壁圆筒应 力分析，可以优 化石油化工工ห้องสมุดไป่ตู้ 的设计，降低成 本并提高经济效 益。
薄壁圆筒应力分 析在石油化工工 程中具有广泛的 应用前景，对于 提高工程质量和 安全性具有重要 意义。
航空航天：薄壁圆筒应 力分析用于制造飞机和 火箭的结构部件，确保 其安全性和可靠性。
薄壁圆筒应力分析 的应用
薄壁圆筒结构广 泛应用于机械工 程中，如压力容 器、管道、储罐 等。
薄壁圆筒的应力 分析对于机械工 程的安全性和稳 定性至关重要。
通过薄壁圆筒的 应力分析，可以 优化机械工程设 计，提高设备性 能和可靠性。
薄壁圆筒的应力 分析为机械工程 中的结构优化、 材料选择和制造 工艺提供了重要 的理论依据和实 践指导。
内压薄壁容器应力实验报告
内压薄壁容器应力实验报告本报告旨在介绍内压薄壁应力实验的目的、背景以及其意义和重要性。
内压薄壁是一种常见的工程结构，广泛应用于各行各业。
在使用过程中，受到内部介质的压力作用，会产生一定的应力分布。
了解和研究内部应力状态对于设计和使用具有重要意义。
该实验旨在通过在内压薄壁上施加不同的压力载荷，测量和分析的应力分布情况。
通过实验结果，我们可以了解在不同压力下的应力状态，从而更好地理解的强度和稳定性。
本实验的意义和重要性有以下几点：设计优化：通过了解在不同压力下的应力分布情况，可以更准确地确定的材料和结构设计。
这有助于提高的强度和性能，减少可能的失效风险。
安全性评估：了解的应力分布情况可以帮助评估的安全性能。
在某些特殊工况下，例如高压或长期使用等，内部应力可能超过材料的强度极限，从而导致破裂或泄漏。
通过实验研究，可以提供重要的数据和参考，帮助工程师评估的安全性。
质量控制：实验结果可以用于质量控制和验证的生产工艺。
通过测量内部应力，可以判断的加工和装配工艺是否符合设计要求，从而确保的质量和性能。
因此，通过内压薄壁应力实验的研究和分析，可以进一步提高的设计和使用效能，提升的安全性能，并且对于相关工程领域的发展也具有重要的指导意义。
内压薄壁压力测试仪器其他相关实验材料和设备（如果有）本节详细描述进行内压薄壁应力实验的步骤和操作方法。
实验器材和材料准备：准备一台内压实验机和薄壁样品。
确保实验机的压力计和温度计正常工作。
样品准备：安装样品在内压实验机中，确保样品固定且没有松动。
检查样品是否有任何损坏或异物。
实验参数设置：设置实验机的内部压力和温度，需要提前根据实验目的进行设定。
确保内部压力和温度的稳定性和准确性。
开始实验：启动内压实验机，使内部压力逐渐增加到设定值。
记录实验过程中的压力和温度变化。
实验数据收集：在实验过程中，定期记录实验机内部压力和表面的应力。
确保数据记录的准确性和完整性。
实验结果分析：根据实验数据，计算在不同条件下的应力变化。
空心薄壁墩温度效应有限元分析
空心薄壁墩温度效应有限元分析雷素敏;吕贤良;章开东【摘要】为研究不同环境下空心薄壁墩的温度效应,选取寒潮降温、辐射升温、气温升温3种工况,设定不同的温差作用时间,采用MIDAS FEA进行实体模拟,并与理论计算结果对比分析.结果表明:寒潮降温作用下,空心薄壁墩内(外)壁分布竖向和环向压(拉)应力,而辐射升温和气温升温作用下,空心薄壁墩内(外)壁分布竖向和环向拉(压)应力;空心薄壁墩上下梗肋处与中心墩身的应力分布不均匀,尤其应关注寒潮降温作用时上下梗肋处温度应力带来的不利影响.随着温差作用时间的增长,空心薄壁墩内外壁的温差和温度应力均呈增大趋势,但作用时间10 h之后增幅减小.因此,作用时间为10 h时的温差分析结果与理论计算结果较为接近.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2019(059)005【总页数】4页(P47-50)【关键词】铁路桥梁;温度效应;有限元分析;空心薄壁墩;温差作用时间;温度应力【作者】雷素敏;吕贤良;章开东【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉 430063;中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉 430063;中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉 430063【正文语种】中文【中图分类】U441+.5在桥梁建设的早期阶段，温度效应导致的桥梁结构安全问题往往被忽视。
通常认为只有超静定结构中才存在温度应力。
随着桥梁开裂甚至坍塌事故逐渐增多，温度效应对桥梁结构的影响逐步被认识到。
研究桥梁结构的温度效应问题至关重要[1-2]。
对桥梁结构尤其是空心薄壁墩温度效应的研究已经有了初步进展。
美国的Zuk[3]研究了气温、太阳辐射等气象条件对桥梁结构的影响，得到了梁顶底面之间的最大温差近似方程。
谢新[4]基于西部地区的气候环境，对高海拔峡谷地带空心薄壁墩的温度效应进行了研究。
何义斌[5]采用全桥整体有限元分析和墩身局部子模型分析相结合的方法，分析了空心薄壁墩竖向应力、环向应力的大小以及对桥梁结构的影响。
空心高墩墩顶构造设计与局部应力分析
顶 帽厚度 （ 包括 托盘及墩身实体段 ） 以不小于 ３ｍ为宜 ， 并约为墩 度在 ５ 以内的空心墩 ， 以采用悬臂理论计算的截面应力增 大 ０ｍ 可
鐾
Ｔ ｅａｉｎ ｎ ｏ ｔｏ ｎ ｌｓ ｆｃｎ ｉ ｖｒｃｎ ｔｕ ｔ ｎ ｆｔｅ ｅ ｏ ｓｒ ｃｉ ｏ ｊａ ｉｊ ｇＢ ｉｇ ｇ ａ ｓ ｌ ｏ ａ
T构桥墩梁固结处局部应力分析
主拉应力 －0. 2 ～ －2. 1 －1. 1 ～0. 2 －0. 5 ～0. 5 －0. 5 ～0. 7 －0. 2 ～2. 1
主压应力 1. 5 ～14. 9 1. 5 ～5. 9 8. 9 ～13. 4 7. 5 ～13. 4 1. 5 ～2. 9
注： 正值为压，负值为拉，下同。
3. 2 箱梁 0 号块在剪力效应最不利组合工况下的空 间应力分布
由图中知，在此工况下：
166 2013 年 1 期（ 总第 97 期）
图 11 主压应力云图 表 2 箱梁 0 号块剪力效应最不利组合工况
下截面应力值 / MPa
整体
顶板
底板
腹板 横隔板
纵桥向应力 1. 0 ～ 15. 2 1. 0 ～ 5. 2 8. 1 ～ 13. 8 3. 8 ～ 13. 9 1. 0 ～ 3. 8
3. 1 箱梁 0 号块最大悬臂工况下空间应力分析
2. 3 荷载和荷载工况的确定 0 号块的计算荷载考虑了由整体计算中得到的截
面内力以及结构自重、二期、0 ～ 3 号块的纵向、竖 向预应力效用，根据在不同工况下影响线的位置施加 ZK 活载。根据整体分析，进行以下 3 个工况的计算：
（ 1） 施工阶段最大悬臂工况下的空间应力计算 （ 2） 使用阶段最不利剪力效应组合工况下的空 间应力计算 （ 3） 使用阶段最不利弯矩效应组合工况下的空 间应力计算
整体
顶板
底板
腹板
横隔板
纵桥向应力 1. 0 ～ 16. 9 1. 0 ～ 5. 3 8. 2 ～ 14. 0 3. 8 ～ 14. 0 1. 0 ～ 3. 8
横桥向应力 － 1. 3 ～ 1. 8 － 1. 0 ～ 0. 4 0 ～ 1. 4 0 ～ 1. 8 － 1. 3 ～ 0. 3
应力集中分析
应力集中与失效分析刘一华（合肥工业大学土木建筑工程学院工程力学系，安徽合肥 230009）1 引言由于某种用途，在构件上需要开孔、沟槽、缺口、台阶等，在这些部位附近，因截面的急剧变化，将产生局部的高应力，其应力峰值远大于由基本公式算得的应力值。
这种现象称为应力集中，引起应力集中的孔、沟槽、缺口、台阶等几何体称为应力集中因素[1]。
因孔、沟槽、缺口、台阶等附近存在应力集中，从而，削弱了构件的强度，降低了构件的承载能力。
应力集中处往往是构件破坏的起始点，应力集中是引起构件破坏的主要因素[2-9]。
应力集中现象普遍存在于各种构件中，大部分构件的破坏事故是由应力集中引起的。
因此，为了确保构件的安全使用，提高产品的质量和经济效益，必须科学地处理构件的应力集中问题。
2 产生应力集中的原因[1]构件中产生应力集中的原因主要有：(1) 截面的急剧变化。
如：构件中的油孔、键槽、缺口、台阶等。
(2) 受集中力作用。
如：齿轮轮齿之间的接触点，火车车轮与钢轨的接触点等。
(3) 材料本身的不连续性。
如材料中的夹杂、气孔等。
(4) 构件中由于装配、焊接、冷加工、磨削等而产生的裂纹。
(5) 构件在制造或装配过程中，由于强拉伸、冷加工、热处理、焊接等而引起的残余应力。
这些残余应力叠加上工作应力后，有可能出现较大的应力集中。
(6) 构件在加工或运输中的Array意外碰伤和刮痕。
3 应力集中的物理解释[1]对于受拉构件，当其中无裂纹时，构件中的应力流线是均匀分布的，如图1a所示；当其中有一圆孔时，构件中的应力流线在圆孔附近高度密集，产生应力集中，但这种应力集中是局部的，在离开圆孔稍远处，应力流线又趋于均匀，如图1b 所示。
4 应力集中的弹性力学理论根据弹性力学理论，可以求得圆孔、裂纹尖端以及集中力附近的应力分布情况，分别如下：4.1 圆孔边缘附近的应力[10]圆孔附近A 点（图2）的应力为 ⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=θθστθθσσθθσσ4sin 322sin 24cos 322cos 3224cos 322cos 2442222442222442222r a r a r a r a r a r a r a r a r a xy y x(1)式中a 为圆孔的半径。
论文：薄壁空心桥墩封顶施工工艺及受力分析
薄壁空心桥墩封顶施工工艺及受力分析马存安(中国港湾集团有限责任公司)摘要结合广（通）昆（明）铁路一平浪双线特大桥施工实例，分析采用预制板方法进行薄壁空心桥墩封顶的结构受力情况，并详细阐述了此封顶方法的施工工艺。
关键词薄壁空心桥墩预制板封顶工艺Key words thin and hollow wall pier；pre-cast slab；capping technology1工程简介改建铁路成昆线广通至昆明段为新建双线铁路，设计行车速度200km／h。
一平浪双线特大桥为全标段最长桥梁，全长1456.74m。
孔跨布置为1x24m十18X32m十2x24m+24m+32m预应力钢筋混凝土简支T梁。
墩身为圆端形实体墩、圆端形空心墩，其中空心墩29个，空心墩高度26—36．5 m。
空心桥墩墩顶平板段设计400cm、圆端直径380cm，墩顶实心部分高310 cm，空心薄壁墩壁厚顶部最小为50 cm，在与实体部分衔接过渡段采用50cmXl00cm的倒角。
2工艺概述采用在空心墩顶实心段底部倒角上铺设事先预制好的10 cm厚钢筋混凝土盖板，形成底模。
为了减轻钢筋混凝土板(底模)的承受重量，顶部实心段分两次浇筑：首先浇筑0.6m高的实心段，待已浇筑段混凝土达到一定强度后，再浇筑顶部2.5m高实心段。
后浇筑墩身混凝土重量依靠已浇筑0．6m高段形成的钢筋混凝土结构支撑。
先浇筑段与后浇筑段混凝土经过养护后形成一个整体共同作用。
钢筋混凝土封底盖板连同桥墩混凝土一起成为桥墩的一部分，无须取出，待下一个桥墩封顶再预制相同的盖板。
3施工工艺3.1盖板预制3.1.1盖板结构尺寸根据空心桥墩顶部空心形状及封顶面积设计出所预制盖板的结构及尺寸，盖板结构可根据其封顶面积的大小及吊装难易程度将其整体或分段预制。
一般厚在10cm以内钢筋混凝土盖板每块面积不易大于8 m3、长宽比例应为1：1．25时盖板混凝土因结构尺寸原因产生裂缝的几率最小，受力效果最佳。
铁路空心薄壁桥墩现存预应力测试试验研究
分 别开 两条 横槽 ， 除测试 点处 的约束 ， 之产 生弹 性 解 使
收 稿 日期 ：０ １１ －８ 修 回 日期 ：０ １１ －０ ２ １—２ ０ ； ２ １－２ ２ 基 金 项 目 ： 家 杰 出 青 年 科 学 基 金项 目（０ ２ ８ ４ 国 ５７ ５ ２ ）
恢 复变形 ， 而导致构件 的应 力重新 分布 。当切槽达 到 从
Ｍａｃ ，０ ２ ｒ ２ １ ｈ
采 用切槽 法测 量 混凝 土 工 作 应力 时 ， 注 的是 量 关 测 点 上应力 完全 释放所 需 的开槽宽 度 、 度 、 间距 等 深 槽 参数 。在切 槽过 程 中 ， 桥墩 处于 弹性工作 状态 ， 可采 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限元 计 算 软 件 ， 立 结 构 计 算 模 型 。计 算 ＮＹ 建
长、 开槽 深度 等 影响 因素 ， 讨论 了测 点 处工作 应 力变化 趋势 ， 定 了应 力 完全释放 所 需的 开槽深 度 、 确 间距
等 相 关试验 参数 。 以比利 沟 大桥 铁路 空心 薄壁墩 为试验 对 象 ， 行墩 身 内壁切槽 和动 力性 能试 验 ， 进 为今
后 混凝 土桥 梁使 用性 能评 估 、 维护及 加 固提供 技术 参 考。
铁
道
建
筑
２ ３
２１ ０ ２年 第 ３期
Ｒａｌ ｙ Ｅｎ ｎ ｅ ｉ ｉｗａ ｇｉｅ ｒｎｇ
文章编 号 ：０ ３ １ ９ （ ０ ２ ０ —０ ３０ １０ —９ ５ ２ １ ） ３ ０ ２ －４
铁 路 空心 薄 壁桥 墩 现存 预 应 力 测试 试 验 研 究
王春 芬 ， 以健 钟 文森。 高 ，
３ ． １ ７ｍ的 预应力 混凝 土简 支梁 组 成 ， 下部 结构 采 用 拼
沙溪二桥空心薄壁过渡墩加固及计算分析
沙溪二桥空心薄壁过渡墩加固及计算分析摘要：对沙溪二桥空心薄壁过渡墩，建立空间有限元实体模型进行了分析，阐述了墩帽产生过大裂缝原因。
同时，提出了采用主动力加固方法，能够有限抑制裂缝发展，提高结构的极限承载能力和耐久性，加固效果明显，可以为同类桥梁设计提供参考。
关键词：空心薄壁过渡墩墩帽空间实体模型裂缝拉应力主动力加固一前言由于薄壁空心墩在应用上具有良好的强度和刚度，还具有一定的稳定性，在具体施工过程中还能够有效的减少砼用量、节约材料，因此得到广泛应用。
空心薄壁过渡墩在一些大跨径桥梁中使用广泛，特别是在一些桥梁纵坡限制较严格的跨线桥和城市高架桥中，起到主桥和引桥的过渡作用。
空心薄壁过渡墩墩身较矮，墩帽受力复杂，墩帽受力有别于柱式墩盖梁和没有墩帽的空心薄壁墩结构，在荷载作用下，墩帽在墩顶处会产生较大的拉应力。
本文以沙溪二桥过渡墩为例，对其进行受力分析。
沙溪二桥是番禺大桥桥组的组成部分，沙溪二桥上部结构主桥采用45+70+45m三跨变截面PC连续箱梁，引桥上部结构采用35m简支预应力T梁和18.32m至22.2m不等跨的预应力连续板梁。
下部桥墩共4个，其中过渡墩2个，编号为16、19号，主墩2个，编号为17、18号。
其中过渡墩结构由墩帽，墩身，承台及桩基组成，桩基由2排共4根D120cm钻孔灌注桩组成。
过渡墩每个墩顶设置4个支座，引桥和主桥侧各2个。
设计荷载为汽车—超20级、挂车—120。
该桥1998年8月18日竣工通车，近年来，连续几年的长期监测过程中，发现沙溪二桥16#、19#桥墩墩帽均存在竖向开裂，部分裂缝宽度较大，最大裂缝宽度达0.65mm，前期已经进行了裂缝的封闭处理，但是，经过一段时间后，封闭材料有老化、剥落现象而且裂缝有扩展趋势。
为保证桥墩的结构安全性和耐久性，须对桥墩的裂缝产生原因进行分析，提出加固维修的方法。
图1.1过渡墩墩帽立面图和侧面图（单位：cm）二、裂缝成因计算分析2.1计算参数C30混凝土弹性模量Eh=3.3×104Mpa，剪切模量G=3.3×104Mpa，泊松比μ=0.2，热膨胀系数α=0.00001。
混凝土空心桥墩日照温度应力分析
混凝土空心桥墩日照温度应力分析現目前，混凝土空心高墩在设计和施工中越来越普遍。
对于这种空心高墩结构，因日辐射和气温变化作用产生的温度应力，常常成为桥墩设计的主要控制因素之一。
如何合理地考虑混凝土空心高墩的温度应力，是关系高墩结构经济、安全的一个重要问题。
文章分析了空心桥墩横向温差应力的计算方法，具有较强的参考和实用价值。
标签：空心桥墩；混凝土；温差应力；ANSYS1 引言对于混凝土空心桥墩，因日照产生的温度应力，通常分成横向温差应力和竖向温差应力。
横向温差应力包括水平温度内应力和水平框架超静定温差应力，前者是由桥墩各个壁板上的非线性温度分布引起；后者是由于桥墩各个壁板的弯曲变形受到框架约束作用而产生。
竖向温差应力包括竖向局部温差内应力和竖向支承约束外应力。
目前，桥梁设计多采用平面或空间杆系有限元软件进行结构分析，通过对模型施加梯度温度来体现日照温差作用引起的桥墩竖向应力和变形，但对日照横向温差应力考虑较少。
本文主要对横向温度应力进行分析。
2 横向温差应力分析混凝土空心桥墩的横向温差应力，可分为水平自约束应力和水平框架超静定温差应力计算。
前者按非线性温度分布下厚板的温差应力计算；后者可按水平框架分析计算，先求出线性温度分布时水平超静定温差应力，然后再乘以非线性温度分布的修正系数？滋。
关于线性温差分布下超静定结构的温差应力分析，可参照结构力学方法进行。
2.1 水平自约束应力计算采用混凝土桥墩为一均质弹性体、沿墩竖向的温度分布基本一致、截面变形保持平面等假定，在日照作用下，当太阳正晒时，根据钢筋混凝土结构的热传导特性分析和模型试验实测资料，沿横截面高度方向的温度分布按指数函数规律变化。
略去两侧壁板内外表面温度的微小差别和沿墩高方向的微小温差，沿横截面高度方向的温度分布为：ty=T0·e-ay，其中，T0=t1-t2。
由于自约束应力和温度自由应变与平面变形后所保留的应变差成正比，根据图1的温度分布和应变关系，在无外荷载作用下，桥墩的局部自约束应力，可按下式计算：式中：h-桥墩截面高墩，以米（m）计；b-桥墩截面宽度；b0-桥墩截面空心部分宽度；？啄-桥墩侧壁厚度；n-截面重心距侧壁外表面距离；F-截面积；I0-截面中心轴惯性矩。
第7章内压薄壁容器的应力分析
第一曲率半径与母线有关；
第二曲率半径与回转轴位置 有关；
问题1.第一曲率半径与第二曲
率半径哪个大？
母线
问题2.第一曲率半径与第二曲 率半径有什么关系？
第一曲率半径和第二曲率半 径均在通过A点的法线上。
回转轴
R1 O O1
A R2
第一曲率半径
第二曲率半径
11
典型回转壳体的第一、第二曲率半径举例
③壳体边界的固定形式应该是自由支承的。否则壳体边界上的 变形将受到约束，在载荷作用下势必引起弯曲变形和弯曲应 力，不再保持无力矩状态。
④壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内，要求在边界上无 横剪力和弯矩。
壳体是轴对称的，即几何形状、材料、载荷的对称性和连续性，同时需保
证壳体应具有自由边缘
21
第三节 薄膜理论的应用
⑷ 标准椭圆封头（a/b=2）
中心位置x=0处：m
pa S
赤道位置x=a处： m
pa 2S
pa S
29
四、受气体内压的锥形壳体
1.第一曲率半径和第二曲率半径
R1＝∞ ，R2＝r/cosα
2.锥壳的薄膜应力公式
σm
pr 2S
1
cos
σ
pr S
1
cos
锥底处的薄膜应力
20
四、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围
薄膜理论除满足薄壁壳体外，还应满足：
①回转壳体曲面在几何上是轴对称的，壳壁厚度无突变；曲率 半径是连续变化的，材料是各向同性的，且物理性能(主要 是E和µ)应当是相同的。
②载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的，没有突变情况。 因此，壳体上任何有集中力作用处或壳体边缘处存在着边缘 力和边缘力矩时，都将不可避免地有弯曲变形发生，薄膜理 论在这些地方就不能应用。
薄壁容器的应力分析
CHAPTER 4
Design of Pressure Vessel
Mechanical Design of Process Equipment
Mechanical Design of Process Equipment
Our topic covers those aspects of the mechanical design of chemical plant that are of particular interest to chemical engineers. The main topic considered is the design of pressure vessels. The design of storage tanks，centrifuges and heat-exchanger tube sheets are also discussed briefly. The chemical engineer will not usually be called on to undertake the detailed mechanical design of a pressure vessel. Vessel design is a speciafised subject，and will be carried out by mechanical engineers who are conversant with the current design codes and practices，and methods of stress analysis. However，the chemical engineer will be responsible for developing and specifying the basic design information for a particular vessel，and needs to have a general appreciation of pressure vessel design to work effectively with the specialist designer.
《桥墩屈曲及应力分析报告》
《桥墩屈曲及应力分析报告》计算：审核：202x年11月目录1工程概况 (12)荷载与工况........................................................................................................12.1计算荷载.................................................................................................12.2荷载组合.................................................................................................33计算模型 (34)结果分析............................................................................................................34. 1工况一、....................................................................................................34.1.1钢桁梁支反力..............................................................................34.1.2桥墩屈曲分析..............................................................................44.1.3桥墩应力分析..............................................................................54.2工况二、....................................................................................................54.2.1钢桁梁支反力..............................................................................54.2.2桥墩屈曲分析..............................................................................64.2.3桥墩应力分析..............................................................................74.3工况三、....................................................................................................74.3.1钢桁梁支反力..............................................................................74.3.2桥墩屈曲分析..............................................................................84.3.3桥墩应力分析..............................................................................94.4工况四、....................................................................................................94.4.1钢桁梁支反力..............................................................................94.4.2桥墩屈曲分析............................................................................104.4.3桥墩应力分析............................................................................114.5工况五、..................................................................................................114.5.1钢桁梁支反力............................................................................114.5.2桥墩屈曲分析............................................................................124.5.3桥墩应力分析. (13)4.6工况六、..................................................................................................134.6.1钢桁梁支反力............................................................................134.6.2桥墩屈曲分析............................................................................144.6.3桥墩应力分析............................................................................154.7工况七、..................................................................................................164.7.1桥墩屈曲分析............................................................................164.7.3桥墩应力分析............................................................................175结论和说明 (18)两跨钢桁梁桥墩屈曲及应力分析计算书1工程概况该工程为两跨简支梁结构，墩高95.3m，钢桁梁跨度98.84m，为双向二车道，公路等级为一级。
薄壁圆筒应力分析讲课文档
内压P B点
圆周的切线方向：环向应力σθ
壁厚方向：径向应力σr
（t/R）≤1/10
t
σθ Di σθ
D Do
σθ
三σφ向应B 力σ状φ 态
Di
p
σθ
现在六页，总共十五页。
二p 向应力状态
5
轴向应力分析
σφ
p D2 4
p
D
内压产生的轴向合力与壳壁横截面上的轴向总拉力相等
轴向平衡
D2p 4
= Dt
= pD
4t
6
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周向应力分析
σθ
l
σθ
y
σθ
α
dα
p
在y方向上平衡
=plD
0pD 2lsind2tl
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pD 2t
7
2.2 薄壁圆筒的应Hale Waihona Puke 分析截面法应力求解
轴向平衡
圆周平衡
= pD
4t
pD 2t
2
8 现在九页，总共十五页。
小结 载荷分析 薄壁圆筒应力分析
薄壁圆筒应力分析
现在一页，总共十五页。
上节课内容回顾
压力容器
过 程 设 备
承受一定压力的外壳 + 各种各样的内件
1 现在二页，总共十五页。
第2章 压力容器应力分析
吉林石化公司 双苯厂爆炸事故
现在三页，总共十五页。
介质压力超过塔 外壳所能承受的 极限
2
第2章 压力容器应力分析
压力容器安全可 靠运行
9
现在十页，总共十五页。
环向焊缝
质量要求高？
思考题
纵向焊缝
内压薄壁容器的应力测定实验
内压薄壁容器的应力测定实验一、实验目的1．了解薄壁容器在内压作用下，筒体、锥形封头、半球封头、椭圆封头的应力分布情况：验证薄壁容器筒体应力计算的理论公式；2．熟悉和掌握电阻应变片粘贴技术的方法和步骤；3．掌握用应变数据采集仪器测量应变的原理和操作方法。
二、实验原理1．理论计算（1）根据薄壁壳体的无力矩理论可以求得受内压的薄壁容器筒体部分的应力值：经向应力（轴向应力）： tt D p i 4)(+=φσ环向应力（周向应力）： tt D p i 2)(+=θσ式中：p —容器所受内压力（MPa ）； D i —容器内直径（mm ）； t —容器壁厚（mm ）；σΦ，σθ—经向应力，环向应力。
（2）锥形封头应力（相关尺寸参数如图α=30º）：αασφcos 22tan t pr t px ==αασθcos tan 2t pr t px t pR ===锥形壳体上经向应力、周向应力与x 呈线性关系，离锥顶越远，应力越大。
（3）球形封头应力tt D p i 4)(+==θφσσ （4）椭圆封头上各点的应力（相关尺寸见右图a/b=3）()()1242224422222a x a b pa a t ba x ab θσ⎡⎤⎡⎤--⎣⎦⎢⎥=---⎢⎥⎣⎦在壳体顶点处2212(0,),,2a pa x y b R R b btθϕσσ======; 在壳体赤道上(,0)x a y ==,1b R a=,2R a =,22,(1)22pa pa a t t b ϕθσσ==-； 2． 实验测定：（1）应力测定的基本原理：薄壁容器受内压后，器壁上各点均处于两向受力状态，当其变形在弹性范围以内，容器壁各点的应力符合虎克定律，即：)(12t x x Eμεεμσ+-=()1242222pR 22a x a b p t t bϕσ⎡⎤--⎣⎦==)(12x t t Eμεεμσ+-=故只要测得容器壁的经向应变和环向应变，即可根据虎克定律求得σx 和σt 。
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况。荷载组合计算值见表 $。 应力检算点的位置如图 ! 所示。 " #$ 局部弹性应力分析 较所取平板的几何尺寸小， ! * 墩开孔孔径远， 按照上述选取的计算图式， 孔径由小到大变化， 支架 锚 固螺栓的孔距由大到小变化， 运用平面应力问题 "!
收稿日期： !""! "# !" 第一作者简介： 田学民 （$%&!—） ， 男
# 8$为墩壁外侧应力， # 8! 为墩壁内侧应力； #8 为 墩壁竖向应力， # 9 为墩壁侧向应力
" 应力分析
" #! 计算图式
*
图!
计算图式
" #"
荷载组合 荷载组合分别考虑纵、 横两个方向的最不利情
颉河 ( 号桥 ! 墩高 #% )， 是变截面圆端形混凝 土空心桥墩， 混凝土强度等级 +$,， +$, 混凝土 ! -、 取弹性模量 " 2 !’& 3 ! . 分别为 $/ 01-、 $’( 01-， 泊松比 ! 2 $ 4 (。安装检查板支架时开孔部 $" 01-， 位距顶帽托盘及桥墩底部的实体段的高度大于边界
铁道建筑技术 -./01.2 34567-837/45 793:5404;2 %’’% （&）
・ 桥
梁 ・
防渗地下连续墙在黄草乌江大桥 ! " 墩 基础施工中的应用
秦文强! 蔡维放! 杜玉波!
大连
吴焕通#
!!(1""）
（中铁十三局集团第一工程有限公司
摘
要
黄草乌江大桥 " 3 墩承台基础需开挖的部分岩石位于乌江水中， 经研究采取筑岛方案进行承台基础 承台基础 地下连续墙 注浆
施工。详细介绍了压浆固结技术在岛面与乌江水相通情况下形成防渗地下连续墙的应用情况。 关键词
" 工程概况
渝怀铁路线第 !$ 标段的黄草乌江大桥位于四 川省武隆县， 是渝怀铁路上一座复杂大桥。桥梁全 长 $!10(2 4， 桥跨布置为 ! 5 "# 4 预应力钢筋混凝 土简支梁 6 （&( 4 6 !(’ 4 6 &( 4） 预应力钢筋混凝 土连续刚构梁。跨越乌江的黄草乌江大桥墩身高 位于乌江边的 " 3 墩设计为钻孔桩承台基础， 2( 4， 地处高山峡谷中， 地质条件为石英砂岩、 页岩、 页岩 夹砂岩， 岩石硬度为 !#1 7/*， 软硬互层， 软岩厚度 3 为 10" 8 10( 4。由于 " 墩承台基础施工需开挖岩 石， 靠山侧约占开挖总量的 92: ， 靠乌江侧落入乌
就会出现裂缝， 混凝土开裂是钢筋混凝土结构的最 主要非线性特征之一。 在钢筋混凝土结构的有限元分析中， 常用的裂 缝模型有分布裂缝模型， 离散裂缝模型， 断裂力学模 型。我们主要研究孔周围的受拉裂缝， 故采用离散 裂缝模型。模拟方法是沿着预定的裂缝， 将同一几 何坐标点分为 & 个节点， 即所谓双节点法。在裂缝 形式上， 取单独裂缝模型进行研究， 这种沿单元边界 形成的单独裂缝模型具有简单 且概念明确的优点。如果研究 结构物的主裂缝影响， 这种模 型是最合理的， 它表达了应变 的非连续性， 其结果更接近真
! 方案比选
由 于承台基础为砂岩、 页岩， 硬度较硬， 钢套箱
! 结论与建议
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 混凝土截面进行的。若考虑钢筋的影响， 则裂缝长 度将减小。为安全起见， 钻孔后应尽快安装定位锚 栓并灌浆封填。 （$） 在无车时开孔， 孔周围局部应力集中与孔周 裂缝会小， 桥墩损伤也小， 建议开孔工作应选在无车 时进行。 参考文献
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
铁道建筑技术 %&’()&* +,-./%0+/’,- /1+2-,(,3* "44" （5）
・ 桥
梁 ・
表! 荷 最不利荷载组合的荷载计算值 载 组 合 !! "#$ !"
% +&
开裂后的应力分析 混凝土的抗拉强度低， 在较小的拉应力作用下
组合 （ # 双重 $ 制动力 $ 纵风 $ 日照温差） % &’()) % *’(+, 组合 （ & 双重 $ 离心力 $ 横风 $ 日照温差） % #’-)) *’#.) 组合 （ . 双重 $ 离心力 $ 横风） % #’,)( *
计算结果表明， 开裂后拉应力将得到释放。在荷 当裂缝延伸至 )* 00 时， 最大拉应 载组合 & 作用下， 力已小于混凝土的抗拉极限强度， 裂缝停止发展， 最 大裂缝宽度仅为 *’**& 00 ， 不需灌浆修复； 在荷载组 合 . 作用下， 裂缝长度不到 #* 00， 最大裂缝宽度小于 也不需灌浆修复。经过以上分析可见， 开 *’**& 00， 孔间距取 )* 50 是可行的。 孔直径取 &’& 50，
# 工期要求
黄草乌江大桥 " 3 墩地处乌江水系， 汇水面积 3 大， 水位高差为 "(01& 4， " 墩基础设计要求枯水季 节完成。如果 #11# 年 " 月初 " 3 墩高墩施工不出洪 因此 " 3 墩承台施工必须 水线， 则工期将推迟 ! 年， 在 #11# 年 # 月中旬完成， 工期十分紧张。
干扰局部应力的影响长度 #’&/ )， 基本不受固端干 扰力的影响。分析表明， 最下一排孔周围应力是所 有 ( 排孔中最大的， 这一排孔处于最不利截面， 所以 取最下一排锚固孔位进行讨论。每排 $( 个孔， 空心 墩矩形段孔间距 "’%5 )， 圆端部分每 #"6 设置一个 孔， 圆孔直径 !’! 7)， 竖向孔距 /" 7)。由于孔径很 小， 可选取无限大平面中有圆孔的平面 , 节点单元 弹性力学图式进行计算， 板高取 "’, )， 板宽取 "’%5 比较了 / ) 3 / ) )。计算图式见图 $。计算过程中， 平面单元， 发现边界对孔局部应力值的影响不大。
! 概述
近年来， 对既有桥梁工程进行检测和评估引起 了工程界人士的重视。在对高墩桥梁结构进行检测 时有时需在桥墩上钻孔搭设工作平台。当桥墩是薄 壁空心墩时， 这种开孔可能会对截面造成较大的削 弱。截面削弱后结构的工作性能是否受到影响， 需 通过计算分析确定。本文以高 #% ) 的颉河六号桥 分析薄壁空心墩开孔后在各种 ! * 薄壁空心墩为例， 荷载组合下结构的受力性能， 讨论结构的安全性。 颉河六号桥 ! * 墩内壁因开孔引起局部损伤， 是 具有明确几何边界的宏观裂纹问题。本文通过对孔 周及裂纹前沿做应力、 应变和位移分析， 对裂纹的扩 展和结构的安全性进行了预测。分析时把分布于材 料内部的损伤演变并发展成为确定几何尺寸的宏观 裂纹， 研究桥墩开孔前后在各种使用荷载作用下的 静力学性能。通过对裂纹开展长度及宽度的讨论， 确定了桥墩在技术改造后的安全性。
铁道建筑技术 $%&’(%) *+,-.$/*.&+, .0*1,+’+2) #33# （4）
$#
注： 此时弹性力学数值解： " 为 * 时是未开裂时的状态， 最大拉应力 #’,)( 678， 最大压应力为 % 3’&), 678， 与所求数 值非常接近
从表 & 及表 . 可得应力验算结论： 按荷载组合 # 计算所得的最大拉、 压应力均小于混凝土的抗拉、 抗 压强度， 在此荷载组合下， 孔周围不会造成大的损 伤。按荷载组合 & 计算所得最大压应力小于混凝土 的抗压强度， 不会产生压碎现象， 但最大拉应力已超 过混凝土的抗拉强度， 可能会在孔的上下缘产生竖 向裂缝， 应进一步进行开裂后的应力分析。 "!
收稿日期： #11# 1! #’ 第一作者简介： 秦文强， 男， 工程师。!&&2 年毕业于上海铁道大 学铁道工程专业
江中约占开挖总量的 #2: ， 如图 ! 所示。施工采取 筑岛方案， 筑岛材料用开挖桩基础弃渣 （砂岩及页 岩） 。由于乌江水暴涨暴落， 冲刷大， 边回填边冲刷， 筑岛空隙率约为 "1: 8 $1: ， 弃渣中粉尘及小颗粒 均被冲走， 造成了岛面与江水相通。
・ 桥
梁 ・
空心薄壁桥墩钻孔后局部应力分析
田学民$
（$’ 西南交通大学土木工程学院 成都
陈兴冲!
王春芬!
兰州 &#""&"）
($""#$；!’ 兰州铁道学院土木工程学院
摘
要
对既有桥梁做工程检测时， 有时需在桥墩壁上钻孔以便搭设工作平台。对于空心薄壁墩， 钻孔较多
可能会对墩截面造成局部削弱， 结构安全性及工作性能受到影响。运用有限元法对墩壁钻孔后的平面应力进行了 弹性分析， 按离散裂缝模式对孔周局部损伤作了分析， 得出结论， 为类似工程提供参考。 关键词 铁路桥 空心薄壁墩 钻孔 局部应力
表& 图* 孔边开裂图式
的有限元法对开孔后的平板进行了弹性应力分析。 计算结果见表 &、 表 .。
表% 孔径变化对应力的影响 （孔间距 &’ ()） 荷载组合 # 内容 孔径 &’& 50 孔径 - 50 孔径 孔径 #* 50 &’& 50 荷载组合 & 孔径 - 50 孔径 #* 50
（ ! 为裂缝长度）
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*’3-,
&’*,.
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&’#.)
% 3’#*. % 3’##& % 3’*3-
上下两孔间距变化对应力的影响 （孔径 %+% ()）
荷载组合 # 荷载组合 &
开裂后的应力分析 （荷载组合 *） * #’+*# % 3’.*3 #* *’((. % 3’)*3 &* *’.(( % 3’)*#