專利名稱：鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是涉及一種鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
現(xiàn)代橋梁要求美觀與實(shí)用并重，墩柱結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)中的作用至關(guān)重要，它不僅是重要的承重結(jié)構(gòu)，而且對(duì)橋梁的景觀效果影響甚大?，F(xiàn)有的橋梁墩柱往往被設(shè)計(jì)成矩形、圓形及圓端形截面，這種墩柱要么是景觀效果欠佳，要么是抗水流沖擊、抗冰凌撞擊等方面的性能較差。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決橋梁墩柱抗水流沖擊、抗冰凌撞擊性能較差的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)，所述橋梁墩柱的橫截面呈橢圓形，且其受力主鋼筋沿橢圓圓周均勻布置。
作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述橋梁墩柱具有一橢圓形內(nèi)腔，其長(zhǎng)軸和短軸的方向分別與墩柱外輪廓橢圓形的長(zhǎng)軸和短軸方向一致。
所述橋梁墩柱在橢圓長(zhǎng)軸方向上的壁厚等于或大于在橢圓短軸方向上的壁厚。
所述橋梁墩柱截面受力偏心距及混凝土的應(yīng)力表達(dá)式滿足 (1)當(dāng)α1<90°，且時(shí) (2)當(dāng)時(shí) (3)當(dāng)α1>90°，且時(shí) 式中 a1和b1分別表示墩柱外輪廓橢圓長(zhǎng)軸與短軸； a2和b2分別表示墩柱內(nèi)廓橢圓長(zhǎng)軸與短軸； a和b分別表示墩柱內(nèi)鋼筋所處橢圓圓周的長(zhǎng)軸與短軸； μ表示截面鋼筋配筋率； n表示鋼筋彈性模量與混凝土； M表示截面上的彎矩值； α1表示混凝土受壓截面對(duì)應(yīng)的圓心角 θ、φ表示積分變量，取值為范圍為
2K1＝a1-ρ1(α1)cos α1 P1＝ρ1(α1)cos α1 本發(fā)明，橢圓形截面的橋墩在抗風(fēng)、抗水流沖擊、抗冰凌撞擊等方面都有較強(qiáng)的優(yōu)越性，此外，在相同面積的情況下橢圓形截面的最大抗彎慣性矩比圓形截面大，二者的比值為(a/r)2(其中a橢圓長(zhǎng)半軸，r為圓的半徑)，因此在達(dá)到相同應(yīng)力的情況下橢圓截面可比圓截面小，從而節(jié)省了混凝土用量。



圖1為本發(fā)明鋼筋混凝土橋梁墩柱截面示意圖及中性軸區(qū)域劃分示意圖； 圖2～圖4為本發(fā)明鋼筋混凝土橋梁墩柱截面受力分析說(shuō)明圖； 圖5～圖6為本發(fā)明鋼筋混凝土橋梁墩柱的Ep(θ)、Ek(θ)變化曲線圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明提供了一種鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)，其橫截面呈橢圓形，且其受力主鋼筋沿橢圓圓周均勻布置。
優(yōu)選地，所述橋梁墩柱具有一橢圓形內(nèi)腔，其長(zhǎng)軸和短軸的方向分別與墩柱外輪廓橢圓形的長(zhǎng)軸和短軸方向一致。
進(jìn)一步地，所述橋梁墩柱在橢圓長(zhǎng)軸方向上的壁厚等于或大于在橢圓短軸方向上的壁厚。
下面分兩種情況具體說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想。
一、橢圓環(huán)形截面墩柱在環(huán)形截面大偏心受壓時(shí) 如圖1所示，橋梁墩柱的截面中性軸位置按的I、II、III三個(gè)區(qū)域劃分，中性軸是使截面兩側(cè)面積矩相等而選取的坐標(biāo)軸，面積矩是所選區(qū)域面積與其中心點(diǎn)到坐標(biāo)軸的距離的乘積，并假定， 1.截面應(yīng)變保持平面； 2.應(yīng)力與應(yīng)變成正比； 3.不考慮混凝土的抗拉強(qiáng)度； 由此，力的平衡方程為如下 由靜力平衡條件可以得到 式中 N表示計(jì)算軸力； M表示計(jì)算彎矩； Nh、Nh1、Nh2分別表示環(huán)形截面受壓區(qū)混凝土及大小弓形截面的合力； Mh、Mh1、Mh2分別表示環(huán)形截面受壓區(qū)混凝土及大小弓形截面的合力矩； Ng、Mg分別表示鋼筋的合力及合力矩。
二、橢圓環(huán)形截面墩柱偏心受壓時(shí)， 如圖2所示，在大弓形(指混凝土受壓區(qū)面積，即圖2中的陰影面積)中，圖示的坐標(biāo)系下橢圓截面的表達(dá)為 將式(2)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)的表達(dá)式，設(shè)x＝ρ1cosθ1；y＝ρ1sinθ1。
(2)的表達(dá)式為 在圖2中大弓形上微面積的表達(dá)式為 dAh＝2ydx＝2ρ1(θ1)sinθ1·d(ρ1(θ1)cosθ1)(4) 將(3)式帶入(4)式得到如下表達(dá)式 根據(jù)前面的基本假定，微面積dAh處的混凝土壓應(yīng)力表達(dá)式為 上式中 P1＝ρ1(α1)cosα1，2K1＝a1-ρ1(α1)cosα1(7) 在圖2所示的大弓形中，陰影面積處混凝土的合力及合力矩的表達(dá)式為 其中 其中 同理對(duì)于小弓形截面如圖3所示，設(shè)最內(nèi)層橢圓的方程為 可以得到與前面相似的結(jié)論 其中 假設(shè)鋼筋的配筋率為μ，鋼筋圍成的橢圓表達(dá)式為 其厚度為t， 如圖2所示，則對(duì)于鋼筋面積有如下等式成立 tEp＝μπ(a1b1-a2b2) (15) 其中Ep為積分的表達(dá)式，其結(jié)果為橢圓積分函數(shù)，可查閱相關(guān)數(shù)學(xué)公式手冊(cè)得出。
由(15)式得到 在鋼筋換算的橢圓環(huán)上取微面積dAg，則 由應(yīng)力比的關(guān)系式得到 式中，n為個(gè)鋼筋與混凝土的彈模比，a和b分別表示墩柱內(nèi)鋼筋所處橢圓圓周的長(zhǎng)軸與短軸。
由(17)、(18)式得到鋼筋的合力與合力矩的表達(dá)式為 由(19)式可以看出當(dāng)鋼筋的合力為拉應(yīng)力。
(20)式中Ek為積分的表達(dá)式，其結(jié)果為橢圓積分函數(shù)，可查閱相關(guān)數(shù)學(xué)公式手冊(cè)。
由圖2知道當(dāng)中性軸在I時(shí)，即θ1<90°，且時(shí)， 可以得到 由(21)式得到 當(dāng)中性軸在II時(shí)，即時(shí)，可以得到 當(dāng)中性軸位于區(qū)域III時(shí)，即θ1>90°，且時(shí)，在圖4所示的最內(nèi)層橢圓中取微面積dA，此微面積處的壓應(yīng)力可由應(yīng)力關(guān)系得到x處的應(yīng)力為 因此得到 由于(Ah2對(duì)橢圓截面中心線的面積矩 結(jié)合式(8)、(10)、(19)、(20)、(26)得到中性軸在III區(qū)時(shí) 圖5～圖6為本發(fā)明鋼筯混凝土橋梁墩柱的Ep(θ)、Ek(θ)變化曲線圖。
橢圓形截面的橋墩在抗風(fēng)、抗水流沖擊、抗冰凌撞擊等方面都有較強(qiáng)的優(yōu)越性，由以上的公式推導(dǎo)可以看出，在相同面積的情況下橢圓形截面的最大抗彎慣性矩比圓形截面大，因此在達(dá)到相同應(yīng)力的情況下橢圓截面可比圓截面小，從而節(jié)省了混凝土用量。本發(fā)明給出的橢圓環(huán)形截面墩柱在大偏心受壓情況下混凝土及鋼筋應(yīng)力的表達(dá)式，該表達(dá)式對(duì)實(shí)心截面(a2＝b2＝0)同樣適用。通過(guò)上文的推導(dǎo)得到橢圓墩柱在三個(gè)不同的受壓區(qū)上混凝土，鋼筋的應(yīng)力表達(dá)式是不同的，在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)已知參數(shù)及偏心距通過(guò)試算確定受壓區(qū)的范圍，選擇不同的應(yīng)力計(jì)算公式。
本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述橋梁墩柱的橫截面呈橢圓形，且其受力主鋼筋沿橢圓圓周均勻布置。
2、如權(quán)利要求1所述的鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述橋梁墩柱具有一橢圓形內(nèi)腔，其長(zhǎng)軸和短軸的方向分別與墩柱外輪廓橢圓形的長(zhǎng)軸和短軸方向一致。
3、如權(quán)利要求2所述的鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述橋梁墩柱在橢圓長(zhǎng)軸方向上的壁厚等于或大于在橢圓短軸方向上的壁厚。
4、如權(quán)利要求3所述的鋼筋混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述橋梁墩柱截面受力偏心距及混凝土的應(yīng)力表達(dá)式滿足
(1)當(dāng)α1<90°，且時(shí)
(2)當(dāng)時(shí)
(3)當(dāng)α1>90°，且時(shí)
式中
a1和b1分別表示墩柱外輪廓橢圓長(zhǎng)軸與短軸；
a2和b2分別表示墩柱內(nèi)廓橢圓長(zhǎng)軸與短軸；
a和b分別表示墩柱內(nèi)鋼筋所在橢圓圓周的長(zhǎng)軸與短軸；
μ表示截面鋼筋配筋率；
n表示鋼筋彈性模量與混凝土；
M表示截面上的彎矩值；
α1表示混凝土受壓截面對(duì)應(yīng)的圓心角
θ、φ表示積分變量，取值為范圍為
Ep、
2K1＝a1-ρ1(α1)cosα1
P1＝ρ1(α1)cosα全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋼筯混凝土橋梁墩柱結(jié)構(gòu)，所述橋梁墩柱的橫截面呈橢圓形，且其受力主鋼筋沿橢圓圓周均勻布置，作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述橋梁墩柱具有一橢圓形內(nèi)腔，其長(zhǎng)軸和短軸的方向分別與墩柱外輪廓橢圓形的長(zhǎng)軸和短軸方向一致，所述橋梁墩柱在橢圓長(zhǎng)軸方向上的壁厚等于或大于在橢圓短軸方向上的壁厚。本發(fā)明，橢圓形截面的橋墩在抗風(fēng)、抗水流沖擊、抗冰凌撞擊等方面都有較強(qiáng)的優(yōu)越性，此外，在相同面積的情況下橢圓形截面的最大抗彎慣性矩比圓形截面大，因此在達(dá)到相同應(yīng)力的情況下橢圓截面可比圓截面小，從而節(jié)省了混凝土用量。
文檔編號(hào)E01D19/02GK101446062SQ20081018839
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者輝 黃, 秦順全 申請(qǐng)人:中鐵大橋局股份有限公司