桥墩屈曲及应力分析报告

第一篇：桥墩屈曲及应力分析报告

两跨钢桁梁桥墩屈曲及应力分析计算书

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2017年11月

目录 工程概况............................................................................................................1 2 荷载与工况........................................................................................................1 2.1 计算荷载.................................................................................................1 2.2 荷载组合.................................................................................................3 3 计算模型............................................................................................................3 4 结果分析............................................................................................................3 4.1 工况一.....................................................................................................3 4.1.1 钢桁梁支反力..............................................................................3 4.1.2 桥墩屈曲分析..............................................................................4 4.1.3 桥墩应力分析..............................................................................5 4.2 工况二.....................................................................................................5 4.2.1 钢桁梁支反力..............................................................................5 4.2.2 桥墩屈曲分析..............................................................................6 4.2.3 桥墩应力分析..............................................................................7 4.3 工况三.....................................................................................................7 4.3.1 钢桁梁支反力..............................................................................7 4.3.2 桥墩屈曲分析..............................................................................8 4.3.3 桥墩应力分析..............................................................................9 4.4 工况四.....................................................................................................9 4.4.1 钢桁梁支反力..............................................................................9 4.4.2 桥墩屈曲分析............................................................................10 4.4.3 桥墩应力分析............................................................................11 4.5 工况五...................................................................................................11 4.5.1 钢桁梁支反力............................................................................11 4.5.2 桥墩屈曲分析............................................................................12 4.5.3 桥墩应力分析............................................................................13

4.6 工况六...................................................................................................13 4.6.1 钢桁梁支反力............................................................................13 4.6.2 桥墩屈曲分析............................................................................14 4.6.3 桥墩应力分析............................................................................15 4.7 工况七...................................................................................................16 4.7.1 桥墩屈曲分析............................................................................16 4.7.3 桥墩应力分析............................................................................17 5 结论和说明......................................................................................................18

两跨钢桁梁桥墩屈曲及应力分析计算书 工程概况

该工程为两跨简支梁结构，墩高95.3 m，钢桁梁跨度98.84 m，为双向二车道，公路等级为一级。桥墩截面如图1所示。

图1 桥墩截面图（单位：cm）荷载与工况 2.1 计算荷载

依据规范计算荷载包括：自重、二期恒载、车道荷载、制动力以及风荷载等荷载。分别计算上述荷载。

（1）自重可通过有限元软件进行定义。（2）二期恒载大小为12.3kN/m。

（3）车道荷载通过迈达斯分析软件进行定义，其中汽车冲击力需要通过在

移动荷载分析控制数据对话框里手动输入结构基频。结构基频计算结果如图2所示，基频为1.37 Hz。

图2 整体结构基频

（4）制动力。根据《公路桥涵设计通用规范》，一个设计车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按照车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，其中公路-I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN。计算制动力如下：

T10%（pkqk·L)0.1（36010.598.84）140kN

取制动力T165kN。

（5）风荷载。根据《桥梁抗风设计规范》相关规定，桥墩桥塔等按下式进行计算：

FH1VgCHAn； 2VgGvVc；

VZ2(Z2a)Vz1； Z1作用于桥墩或桥塔上的风荷载可按地面或水面以上0.65倍墩高或塔高处的风速值确定。相关参数可通过查阅规范得到，计算风荷载：

FH121.251.5643.51.24331502.4kN 2转化为沿高度方向的线荷载：

qFH1502.415.8kN/m。h95.32

2.2 荷载组合

考虑运营期六种工况以及施工期一种工况进行屈曲分析，七种工况分别为： 工况一：自重+二期恒载+双幅一跨车道荷载+风荷载； 工况二：自重+二期恒载+双幅两跨车道荷载+风荷载； 工况三：自重+二期恒载+单幅一跨车道荷载+制动力+风荷载； 工况四：自重+二期恒载+单幅两跨车道荷载+制动力+风荷载； 工况五：自重+二期恒载+双幅一跨车道荷载+制动力+风荷载； 工况六：自重+二期恒载+双幅两跨车道荷载+制动力+风荷载； 工况七：自重+风荷载； 3 计算模型

钢桁梁的计算模型如图3所示，桥墩计算模型如图4所示。

图3 钢桁梁模型

图4 桥墩模型 结果分析 4.1 工况一 4.1.1 钢桁梁支反力

在工况一荷载组合作用下，支座反力如图5所示。

图5 工况一作用下支座反力图（单位：kN）

4.1.2 桥墩屈曲分析

在工况一荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前四阶屈曲模态如下图6所示。

（a）第一阶屈曲模态

（b）第二阶屈曲模态

（c）第三阶屈曲模态 图6 工况一作用下前三阶屈曲模态

第一阶屈曲模态特征值系数为29.49，屈曲形式为纵向弯曲；第二阶屈曲模态特征值系数为107.3，屈曲形式为纵向弯曲；第三阶屈曲模态特征值系数为204.6，屈曲形式为S形弯曲。4.1.3 桥墩应力分析

在工况一作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为5.49MPa

图7 工况一作用下桥墩应力图

4.2 工况二 4.2.1 钢桁梁支反力

在工况二荷载组合作用下，支座反力如图8所示。

图8 工况二作用下支座反力图（单位：kN）

4.2.2 桥墩屈曲分析

在工况二荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图9所示。

（a）第一阶屈曲模态

（b）第二阶屈曲模态

（c）第三阶屈曲模态

图9 工况二作用下第一屈曲模态

第一屈曲模态特征值系数为24.92，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为90.6，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为172.9，屈曲形式为S形弯曲。4.2.3 桥墩应力分析

在工况二作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为6.59MPa，应力图如图10所示。

图10 工况二作用下桥墩应力图

4.3 工况三 4.3.1 钢桁梁支反力

在工况三荷载组合作用下，支座反力如图11所示。

图11 工况三作用下支座反力图（单位：kN）

4.3.2 桥墩屈曲分析

在工况三荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图12所示。

（a）第一阶屈曲模态

（b）第二阶屈曲模态

（c）第三阶屈曲模态

图12 工况三作用下第一屈曲模态

第一屈曲模态特征值系数为53.6，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为194.7，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为372，屈曲形式为S形弯曲。4.3.3 桥墩应力分析

在工况三作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为5.84MPa，应力图如图13所示。

图13 工况三作用下桥墩应力图

4.4 工况四 4.4.1 钢桁梁支反力

在工况四荷载组合作用下，支座反力如图14所示。

图14 工况四作用下支座反力图（单位：kN）

4.4.2 桥墩屈曲分析

在工况四荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图15所示。

（a）第一阶屈曲模态

（b）第二阶屈曲模态

（c）第三阶屈曲模态 图15 工况四作用下第一屈曲模态

第一屈曲模态特征值系数为44.7，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为162.3，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为310，屈曲形式为S形弯曲。4.4.3 桥墩应力分析

在工况四作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为6.09MPa，应力图如图16所示。

图16 工况四作用下桥墩应力图

4.5 工况五 4.5.1 钢桁梁支反力

在工况五荷载组合作用下，支座反力如图17所示。

图17 工况五作用下支座反力图（单位：kN）

4.5.2 桥墩屈曲分析

在工况五荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图18所示。

（a）第一阶屈曲模态

（b）第二阶屈曲模态

（c）第三阶屈曲模态 图18 工况五作用下第一屈曲模态

第一屈曲模态特征值系数为61.8，屈曲形式为纵向弯曲；第一屈曲模态特征值系数为224，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为429，屈曲形式为S形弯曲。4.5.3 桥墩应力分析

在工况五作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为5.75MPa，应力图如图19所示。

图19 工况五作用下桥墩应力图

4.6 工况六 4.6.1 钢桁梁支反力

在工况六荷载组合作用下，支座反力如图20所示。

图20 工况六作用下支座反力图（单位：kN）

4.6.2 桥墩屈曲分析

在工况六荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图21所示。

（a）第一阶屈曲模态

（b）第二阶屈曲模态

（c）第三阶屈曲模态 图21 工况六作用下第一屈曲模态

第一屈曲模态特征值系数为44.7，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为162.2，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为310，屈曲形式为S形弯曲。4.6.3 桥墩应力分析

在工况六作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为6.47MPa，应力图如图22所示。

图22 工况六作用下桥墩应力图

4.7 工况七 4.7.1 桥墩屈曲分析

工况七为墩身自重与风荷载进行组合。在组合荷载作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图23所示。

（a）第一阶屈曲模态

（b）第一阶屈曲模态

（c）第一阶屈曲模态 图24 工况七作用下第一屈曲模态

第一屈曲模态特征值系数为3067，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为3067，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为6269，屈曲形式为S形弯曲。4.7.3 桥墩应力分析

在工况七作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为5.39MPa，应力图如图25所示。

图25 工况七作用下桥墩应力图 结论和说明

根据上述计算，结论和说明如下：

（1）工况二：自重+二期恒载+双幅两跨车道荷载+风荷载的情况下屈曲特征值为24.92，为最不利的工作状态；

（2）上述是七种工况下两跨钢桁梁的三个桥墩中中间桥墩的屈曲分析的结果，两边的桥墩由于上部结构和荷载的不确定没有进行分析。

（3）上述七种工况作用下墩身应力均满足受力要求。

第二篇：Workbench屈曲分析总结

Workbench屈曲分析

1、基础概念

结构在载荷作用下由于材料弹性性能发生变形，若变形后结构上的载荷保持平衡，这种状态称为弹性平衡。如果结构在平衡状态时，受到扰动而偏离平衡位置，当扰动消除后仍能恢复原来平衡状态，这种平衡状态称为稳定平衡状态，反之，如果受到扰动而偏离平衡位置，即使扰动消除，结构仍不能恢复原来的平衡状态，而结构在新的状态下平衡，则原来的平衡状态就成为不稳定平衡状态。

当结构所受载荷达到某一值时，若增加一微小的增量，则结构平衡状态将发生很大的改变，这种现象叫做结构失稳或结构屈曲。

根据失稳的性质，结构稳定问题可分为以下三类：

第一类失稳是理想化情况，即达到某个载荷时，除结构原来的平衡状态存在外，出现第二个平衡状态，故又叫做平衡分叉失稳，数学上就是求解特征值问题，又叫做特征值屈曲分析。

第二类失稳是结构失稳，变形将大大发展，而不会出现新的变形形式，即平衡状态不发生质变，也叫极顶失稳，结构失稳时，相应载荷叫做极限载荷，理想结构或完善结构不存在，总是存在这样那样的缺陷，大多数问题属于第二类失稳问题。

第三类失稳是当在和达到某值时，结构平衡状态发生一明显跳跃，突然过渡到非临近的另一具有较大位移的平衡状态，称为跳跃失稳，跳跃失稳没有平衡分叉点，也没有极值点，如坦拱、扁壳、二力杆的失稳都属于此类。

结构弹性稳定分析属于第一类失稳对应workbench的线性特征值分析（Eigenvalue Buckling），考虑缺陷，非线性影响的第二类结构属于workbench的非线性特征值分析（Eigenvalue Buckling），第三类的失稳对应workbench的Static Structural，无论前屈曲平衡状态或后屈曲平衡状态均可一次计算求出，即全过程分析。

1.1屈曲分析基础理论

在平衡状态，考虑到轴向力或中面内力对弯曲变形的影响，根据势能驻值原理得到结构平衡方程为

KEKGUP

式中KE为结构弹性刚度矩阵，KG为结构几何刚度矩阵，也称为初应力刚度矩阵，U为节点位移向量；P为节点载荷向量，上式也为几何非线性分析平衡方程。为得到随遇平衡状态，应是系统势能的二阶变分为零。即：

KEKGU0

因此必有：

KEKG0

式中结构弹性刚度矩阵已知，结构外载荷也就是要求得屈曲载荷未知，结构几何刚度矩阵未知，为了求得该屈曲载荷，假设有一组载荷P0,对应的几何刚度矩阵为KG,并假定屈曲时的载荷是P0的倍，固有KG=KG,上式可变为

00KK0

E0G写成特征值的方式为

KEKG0

式中为第阶的特征值，为对应的特征向量，是该阶载荷下结构的变形形状，即屈曲模态或失稳模态。

在workbench中计算出的是和，即屈曲载荷系数和模态，而屈曲载荷为P0.

2.1、Linear-based Eigenvalue Buckling Analysis 线性屈曲分析应注意以下几点

 线性屈曲分析只能在静力分析模块中定义边界

 通过特征值屈曲分析计算的结果是在静态结构分析中应用所有载荷的屈曲载荷因子。例如，如果在静态分析中对结构应用10 N压缩负载，如果特征值屈曲分析计算负载系数为1500，则预测的屈曲载荷为1500×10 = 15000N。因此，在屈曲分析之前的静态分析中应用单位载荷是一种典型的方法。 在静态分析中所使用的所有载荷都适用于屈曲负载系数

 请注意，负载系数表示所有负载的比例因子。如果某些负载是恒定的（例如，自重重力负载），而其他负载是可变的（例如，外部施加的负载），则需要采取特殊步骤确保准确的结果。

为了实现这一目，可以使用一个策略，就是是迭代特征值，调整可变载荷，直到屈曲因子变为1.0（或接近1.0，在一些收敛公差内）

特征值屈曲分析案例

材料：结构钢

模型：r=1mm L=50mm的圆柱

边界：一端固定，一端施加10N集中力。

1.创建分析系统

首先创建一个结构静力分析分析系统，再创建特征值分析系统将他们数据共享。

2、静力分析边界

3.求解静力分析

3.求解特征值

在总变形中可以查看1阶变形模态和1阶特征值，可以看出一阶特征值为15.534，则屈曲载荷为10*15.534=155.34N，如果将静力分析中集中力改为155.34，计算出特征值为0.9997，约等于1，集中力155.34就是此结构的屈曲载荷。

2.2、Nonlinear-based Eigenvalue Buckling Analysis

非线性屈曲分析要点

 至少有一个非线性属性在静力分析中被定义。

 除了在静态结构分析中定义的荷载之外，还必须在屈曲分析中至少定义一个载荷来进行求解。要启用此功能，将“保持预应力加载模式”属性设置为“是”（默认设置）将在“特征值屈曲”分析中保留静态结构分析中的加载模式。将属性设置为否需要您定义特征值屈曲分析的新加载模式。这种新的加载模式可以与预应力分析完全不同  在基于非线性的特征值屈曲分析中，负载乘数仅对屈曲分析中的负载进行了缩放。在估计结构的极限屈曲载荷时，必须考虑静态结构中的载荷和特征值分析。用于计算非线性特征值屈曲的极限屈曲载荷的方程是

FBUCKLING = FRESTART + λi · FPERTRUB where: FBUCKLING = The ultimate buckling load for the structure.FRESTART = Total loads in Static Structural analysis at the specified restart load step.λi = Buckling load factor for the “i'th” mode.FPERTRUB = Perturbation loads applied in buckling analysis  例如：如果在静力分析中施加100N集中力，在屈曲分析中加10N力，你得到载荷因子位15，则结构的极限屈曲力位100+（15*10）=250  注意：可以使用一维柱的屈曲来验证上述方程的极限屈曲载荷。然而，对于在静态结构和特征值屈曲分析中应用的不同负载组合，计算2D和3D问题的极限屈曲载荷可能不如1D列示例那么直接，这是因为FRESTART和FPERTRUB的值基本上是分别在静态和屈曲分析中的有效载荷值。

 举个例子，一个悬臂梁的理论极限弯曲强度为1000N，它受到了影响 对250 n的压缩力(a)。根据负载因素计算极限屈曲载荷(F)的过程 用力学方法对线性和非线性特征值屈曲分析进行了计算，如下图所示 示意图

非线性屈曲分析案例

分析模型与前文特征值分析一样，只是在求解设置中打开大变形开关。

1.静力分析结果

2.屈曲分析设置

设置中Keep Pre-Stress Load-Pattern为YES,这时只能在静力分析中施加载荷，不允许在屈曲分析中施加载荷。

3.屈曲分析结果

在总变形中可以查看1阶变形模态和1阶特征值，可以看出一阶特征值为14.535，则屈曲载荷为10+10*14.534=155.34N，如果将静力分析中集中力改为155.34，计算出特征值为7.877e-4 155.34+155.34*7.877e-4155.34，集中力155.34就是此结构的屈曲载荷。

若屈曲分析设置中Keep Pre-Stress Load-Pattern为NO,此时在静力分析中可以施加载荷，允屈曲分析中也可以施加载荷。屈曲分析中的载荷只能施加节点力。

首先在施加集中力的端面创建一个节点集合

在屈曲分析中设置集中力

屈曲分析结果

在总变形中可以查看1阶变形模态和1阶特征值，可以看出一阶特征值为7.2672，则屈曲载荷为10+20*7.2672=155.34N。

第三篇：桥墩、台开工报告

混凝土拱桥台、墩身施工技术方案

一、编制依据

1.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程招标文件； 2.公路桥涵施工技术规范及相关要求； 3.公路工程质量检测评定标准JTGF80/1-2004。

4.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程设计说明书； 5.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程施工设计图； 6.鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程地质勘测报告； 7.行业内相关成熟经验及做法。

二、工程概括 工程简介

鹤壁市鹤山区YO15沙五线西小庄桥新建工程，是姬家山产业园区的一条重要桥梁。该桥位于YO15沙五线段工程处，起点桩号K2+694.50,终点桩号K2+779.50,为新建工程。全桥长85.00米，宽10米，布设为8m +14m+21m+14m+8m上承空腹式钢筋混凝土板拱桥，横跨姬家山山谷。拱桥设计荷载等级为公路—I级，地震设防烈度VIII度。

三、施工部署

1、施工组织机构

根据拱桥台、墩身的工程特点，由项目经理部统一组织、管理拱桥的桥台、墩身施工、进度、质量及安全等工作。项目部下设总工办、综合办公室、财务材料科、工程技术科、质检科、中心实验室和安全科等各个科室及拱桥施工作业队，保证按照业主、监理的指示和要求完成本拱桥台、墩身的施工。

项目经理部各部门积极配合拱桥台、墩身的施工，做好每天的工作安排，要作到事必躬亲，对所做的工作全权负责，并将每天的工作情况向上级汇报。在工作中要善于运用新方法，新技术进行工作改革，为项目经理部及公司创造更大的经济效益。

项目部根据拱桥台、墩身的工程数量配备相应的施工机械设备及测量施工人员。为保证施工质量，施工队在项目经理部的统一指挥下，做到合理安排，周密布置、密切配合、相互协调、完成规定的工作任务。

2、施工工期安排（详见后附施工完工进度计划表）开工时间：2010年6月6日 完工时间：2010年7月8日 3、施工前准备

（1）.现场核对

根据设计图纸资料，会同监理工程师一起，结合现场对其平面位置、方向角度、宽度、长度、高程等进行核对。

（2）.现场测量

扩大基础经监理验收合格后；根据设计资料和施工详图，用经纬仪准确地测出拱桥台、墩身的中心桩及纵横轴线，实测扩大基础顶面高程，放出拱桥的桥台、墩身边线，然后报请监理工程师进行测量复核，施工时注意墩身底与墩身圆弧非同心圆，以确保施工放样的准确性。

（3）.设备、人员(详见后附表格)a、目前K2+694.50—K2+779.50拱桥的桥台、墩身所需的设备、人员已全部进场到位。在做好设备、人员进场工作的同时，还需重视以下开工前准备工作； ① 测量放线；

② 做好已经到工地的材质试验；

③ 与监理工程师确定材料和工程试验方案； ④ 建设临时设施，做好“四通一平”的工作；（4）.原材料的采用及控制

在施工前对原材料进行检验，不合格材料不得进场，作好混凝土施工配合比的配制，所有原材料及配合比试验结果及时上报监理部试验室，并得到监理工程师认可后方能使用。a、混凝土

拱桥的桥台、墩身采用C25片石混凝土。b、水泥

施工采用同力水泥厂PC32.5水泥，不同批好的水泥进场后立即对该水泥进行自检，并报送监理工程师对其进行抽检，检验合格，经监理工程师认可后方能使用。c、砂、碎石

桥台、墩身工程所用碎石是经调查并初检合格的潭峪碎石厂的二次破碎大型破碎机生产的碎石，中砂采用初检合格的邢台河砂厂生产的中砂。砂、石材料进场后由工地试验室对砂、碎石进行筛分级配试验、含泥量等相关试验，并报送监理工程师对其进行抽检，合格后方可使用。

四、主要施工方法、施工工艺及施工顺序（1）施工放样

扩大基础经监理工程师验收合格后，立即放样在验收合格的基础上准确放出桥台、墩身纵横轴线及边线，用墨线弹出墙身位置。（2）模板

a.U型桥台、桥墩模板采用组合定型钢模板。

b.模板应始终保持其表面平整、光滑，不变形，不漏浆，有足够的强度、刚度等。

c.浇筑混凝土之前，模板应涂刷脱模剂，外露面混凝土模板的脱模剂应采用同一品种，不得使用易粘在混凝土上或使用混凝土变色的油料。

d.安装侧模板时，下部用木楔顶牢，上部设拉杆固定。e.模板安装完毕后，应保持位置正确，浇筑时，发现模板有超过允许偏差变形值的可能时，应及时纠正。

f.模板安装完毕后，应会同监理进行检查，合格后方能浇筑混凝土。

（3）.混凝土拌制

①、拌制混凝土采用四料斗电子级配500L强制式搅拌机。②、混凝土原材料的定量均按重量计，称量的允许偏差不应超过下列限值：水泥为±１％，粗细骨料为±２％，水为±１％。

③、配制混凝土必须准确控制用水量，砂石中的含水量应仔细测定后从用水量中扣除。除事先规定的部分用水可留在现场补加外，严禁在拌料出机后外加水份。

④、混凝土拌合物应拌合均匀，颜色一致，不得有离析和泌水现象。

（4）混凝土运输与浇筑

①、混凝土拌料采用接缝严密、不漏浆的机动翻斗车运输。

②、混凝土拌料运到施工现场后，倾倒在上料斗中，由塔吊起上料半至钢模上方倾倒至模内，为防止混凝土离析，从高处直接倾卸时，其自由倾落高度不宜超过2米；当倾落高度超过2米时应通过串筒、溜管、或振动溜管等设施下落；在串筒出料口下面，混凝土堆积高度不宜超过1米。

③、浇筑混凝土采用插入式振捣器进行振捣。使用插入式振动器时移动间距不应超过振动器作用半径的1.5倍；与侧模应保持50~100㎜的距离；插入下层混凝土50~100㎜；每一处振动完毕后应边振动边徐徐提出振动棒；应避免振动棒碰撞模板、及其他预埋件。

④、浇筑C25片石混凝土桥墩、台身时，要求片石含量为20%，标号不应低于MU40,厚度不小于150㎜的片石，片石应选用无裂纹、无夹层且未被烧过的、具有抗冻性能的片石，片石应清洗干净，应在捣实的混凝土中埋入一半左右，片石应分布均匀净距不小于100㎜，距结构侧面和顶面的净距不小于150㎜，石块不得接触预埋件。

⑤、混凝土的浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于混凝土的初凝时间。当需要超过时应留施工缝；施工缝的位置应在混凝土浇筑前确定，宜留在受力较小的部位；施工缝为斜面时应浇筑成或凿成台阶状。

⑥、在浇筑过程中或浇筑完成时，如混凝土表面泌水较多，须在不打扰已浇筑混凝土的条件下采取措施将水排出。

⑦、混凝土浇筑完成后，对混凝土裸露面应及时进行修正、抹平，待定浆后第二遍压光或拉毛。

⑧、浇筑混凝土期间，应设专人检查支架、模板、和预埋件稳固情况，当发现松动、变形、移位时应及时处理。

⑨、浇筑混凝土时，应填写混凝土施工记录。

（5）拆模和养护

①、混凝土浇筑完毕并初凝后，应尽快加以覆盖并浇水养护。②、侧模应在混凝土强度达到2.5MPa后方可拆除。

③、养护浇水次数以能经常保持混凝土表面处于湿润态为度，养护日期不小于７昼夜。

五、质量、安全保证措施

①、建立健全质量专职机构，强化质量自检工作。②、强化技术管理，开工前，对各工种人员进行岗前培训。③、加强全过程的质量监控，严把施工环节质量关。

④、制定安全作业规章制度，在施工中严格执行有关规定，做到各项工作有章可循。

第四篇：材料力学车床主轴简单应力分析

车床主轴的简单应力分析

机电一班，号

摘要：车床主轴。主轴的主要功能。主轴常见受力

1.车床主轴的简介

机床主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（齿轮或带，等组成主轴部件。在机器中主要用来支撑传动零件如齿轮、带轮，传递运动及扭矩，如机床主轴；有的用来装夹工件，如心轴。[1]除了刨床、拉床等主运动为直线运动的机床外，大多数机床都有主轴部件。主轴部件的运动精度和结构刚度是决定加工质量和切削效率的重要因素。衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。①旋转精度：主轴旋转时在影响加工精度的方向上出现的径向和轴向跳动（见形位公差），主要决定于主轴和轴承的制造和装配质量。②动、静刚度：主要决定于主轴的弯曲刚度、轴承的刚度和阻尼。③速度适应性：允许的最高转速和转速范围，主要决定于轴承的结构和润滑，以及散热条件。

2.主轴的主要功能：

1保证支承刚性，2、保证回转精度（径向跳动精度、及轴向窜动精度），3、连接作用（卡盘、花盘）；

4、内锥及端面的耐磨性（硬度要求）；

5、对主轴组件的静平衡、及动平衡。

6、连接刀具对内孔有要求。

7、输出动力、传递扭矩。

3.车床主轴受力分析：

a.承受摩擦与磨损

机床主轴的某些部位承受着不同程度的摩擦，特别是 轴颈部位，因为轴颈与某些轴承配合时，摩擦较大所以此部位应具有较高的硬 度仪增强耐磨性。但是某些部位的轴颈与滚动轴承相配合摩擦不大，所以就不需要大的硬度。

b.工作中时承受载荷

机床主轴在高速运转时要承受多种载荷的作用，如弯曲、扭转、冲击等。所以要求主轴具有抵抗各种载荷的能力。当主轴载荷较大、转速又高时，主轴还承受着很高的变交应力。因此要求主轴具有较高的疲劳强度和综合力学性能。

4.主轴的构成

主轴为三支承，前、中轴承在主轴箱内，是主要支承，后轴承在变速箱中，是辅助支承。由于中间轴承位于变速箱与主轴箱之间，散热条件较差，致使中间轴承的温升高于前轴承。变速箱的润滑采用体外循环形式，且油量较大，可以把轴承处的部分热量带走，因此中间轴承的温升并不太高。

5.如何避免主轴的形变。

根据加工强度选择合适的主轴材料并进行热处理。若为重负荷，为提高抗疲劳性能，可选用40Cr或50Mn2。对受冲击载荷较大的主轴或轴颈处需要更高的硬度时，可选用20Cr经行渗碳淬火处理至HRC56-62精密机床的主轴，要求在长期使用中因内应力引起的变形要小，故应选用在热处理后残余应力小的材料，如40Cr或45MnB钢。

6.参考文献。

百度文库。百度百科。

第五篇：屈曲约束支撑设计及动力弹塑性分析论文

摘要：北京市轨道交通指挥中心项目采用了框架支撑结构体系，其中支撑采用普通支撑与屈曲约束支撑结合的布置方式，采用此种方案既有效改善了结构抗侧刚度及抗震性能，又通过优化组合降低了工程造价。构件试验及结构动力弹塑性分析表明：屈曲约束支撑在设防地震作用下可率先进入屈服状态，主体结构在罕遇地震作用下塑性变形主要发生在底部区域框架柱内型钢处，且整体结构损伤程度在安全范围；结构在罕遇地震下各项性能指标满足规范要求。

关键词：钢筋混凝土框架-钢支撑结构；屈曲约束支撑；动力弹塑性分析；抗震设计；抗震性能

工程概况北京市轨道交通路网指挥中心二期工程项目位于北京市朝阳区北部小营地区，主要为轨道交通线路控制中心、自动控制中心、研发检测中心、信息中心及相关配套设施（建筑效果如图1a所示）。该项目二期总建筑面积69585m2,其中地上部分建筑面积42837m2,地下部分建筑面积26748m2,结构总高度51.10m,结构整体上分为地下、主楼和配楼三个部分，结构布置及相关详细信息参见文献。

主楼由左右两座基本对称的11层结构组成，左右两部分在中间1~2层和8~11层通过连廊连为一体。主体结构采用混凝土框架-钢支撑结构（钢支撑沿结构底到顶通高布置，其中在10、11层布置JY-SD型屈曲约束支撑），图1b所示为结构抗侧力体系。

结构平面呈L形，主体地上结构与配楼之间设置防震缝分开，配楼为4层框架结构。

（a）建筑效果（b）抗侧力体系该结构设计类别为乙类，抗震设防烈度8度，基本加速度值0.2g,设计地震动分组第一组，场地类别III类，场地特征周期0.45s,结构采用消能减震方案。该方案通过将消能元件设置在结构中，使变形及塑性损伤主要发生在耗能元件，从而减小主要受力构件在地震作用下的损伤。耗能元件根据受力特性不同分为速度相关型和位移相关型，本项目选用轴向位移型的屈曲约束支撑，通过对结构进行弹性及动力弹塑性分析考察采用该种消能减震技术的有效性及可行性。

屈曲约束支撑选型屈曲约束支撑需要在内核钢支撑和外包混凝土之间设置滑移面或无黏结层，轴向荷载仅由钢内核承受。内填充约束材料和外包钢管提供足够的刚度以防止支撑的整体屈曲。在混凝土框架柱间设置屈曲约束支撑，不仅提高了结构抗侧刚度，同时能有效改善框架系统的延性与抗震性能。屈曲约束支撑构造如图2所示。

（a）典型构造（b）纵向构成示意图。消能元件核心材料试验研究屈曲约束支撑的力学性能直接由核心材料决定，低屈服点材料可以实现较大刚度、较小屈服位移，同时具有良好的延性。计算分析后最终采用Q160软钢作为主要核心材料。

金属阻尼器选用材料以软钢、低屈服点钢材、铅及记忆合金为主，而铅材料因其本身缺陷以及合金类材料价格相对昂贵等原因使得软钢和低屈服点钢材成为建筑结构用阻尼器材料的首选。日本根据建筑结构消能减震需求专门研制了SS400（相当于国内Q235）、LY225型和LY110型钢材，其中LY110型钢材延伸率可达50%,累积塑性变形能力出众，我国与其相当的材料为Q160.对比日本钢材及我国钢材应57力-应变曲线可知（图4），我国的Q160材料具有良好的延伸率，在最大应力下的延伸率可达9%~10%,是传统钢材的2倍以上，延伸性能与日本软钢性能相当。

消能器选型及试验研究为满足大空间使用要求，该项目选用了框架结构。综合考虑结构高度及设计类别，结构设计增设核心筒体，同时建筑平面较长，存在平面不连续等问题，故将核心筒布置于建筑中心外侧（指挥大厅周边）及建筑端部，尽量保证平面刚度均匀，但由于核心筒面积占全楼平面比例较小，结构抗侧刚度薄弱且扭转变形显着，为此需要在结构两端增设钢支撑以改善上述问题。通过采用SAP2000及ABAQUS进行弹性及动力弹塑性分析表明，单独采用普通钢支撑框架结构还存在以下几方面问题：

1）钢支撑性能指标为设防地震不屈服，设计需要构件截面尺寸较大；2）罕遇地震作用下钢支撑仍有局部失稳大变形情况；3）框架柱在罕遇地震下损伤严重。

基于以上原因，在主体结构中选择在部分楼层设置屈曲约束支撑，以此减小支撑构件尺寸，同时减小设防地震、罕遇地震与支撑相连接构件内力负担及塑性损伤，进而优化了整体结构在罕遇地震作用下的变形性能。

该项目屈曲约束支撑选用了低屈服点软钢作为芯材，经计算选用屈服承载力2500、2000、1000kN的JY-SD型屈曲约束支撑，本文针对项目特点，在确定芯材材质后对该型支撑进行了专门试验研究（支撑参数详见表1）。试验在设计位移下往复加载，按照规范要求在L/500、L/300、L/200、L/150、L/100（L为构件长度）目标位移下各循环3圈，L/80目标位移下循环30圈后，试验后支撑构件主要性能指标不发生明显变化（降低不超过15%）。

JY-SD型屈曲约束支撑表现出了较好的滞回特性，与传统钢材相比，滞回环面积更为饱满，屈服后刚度约占构件弹性刚度的2%,能有效发挥材料的高延伸性能，如图5所示。

结构动力弹塑性分析模型建立单元选择四边形或三角形缩减积分壳单元用于模拟核心筒剪力墙、连梁及楼板等。梁单元用于模拟结构楼面梁、柱、支撑等。在ABAQUS软件中，该单元基于Timoshenko梁理论，可以考虑剪切变形刚度，而且计算过程中单元刚度在截面内和长度方向两次动态积分得到。对于重力（施工过程中）加载时两段铰接的构件（如结构角部六边形网格的横梁等），采用释放自由度的方法进行模拟。连接器单元用于模拟屈曲约束支撑。

材料本构模型：

1）混凝土采用弹塑性损伤模型，该模型能够考虑混凝土材料拉压强度差异、刚度及强度退化以及拉压循环裂缝闭合呈现的刚度恢复等特性。计算中，混凝土材料轴心抗压和轴心抗拉强度标准值按GB50010-2010《混凝土结构设计规范》取值。计算中不考虑箍筋对混凝土的约束效应，仅采用规范中建议的素混凝土参数。混凝土本构关系曲线参见图6、7.分别由受拉损伤因子dt和受压损伤因子dc来表达，采用Najar的损伤理论。

2）钢材采用双线性随动硬化模型（如图8所示）。在循环加载过程中考虑包辛格效应，无刚度退化。计算分析中，设定钢材的强屈比为1.2,极限应变为0.025.3）屈曲约束支撑模型。屈曲约束支撑在分析模型中采用连接单元进行模拟，其本构关系采用考虑刚度强化的理想弹塑性模型，如图9所示。

整体结构模型主体结构由左右对称两个塔楼组成，通过底部与顶部区域连接成一体，同时顶部区域由于大空间要求导致其抗侧刚度较弱，为此屈曲约束支撑主要集中设置于顶部连接区域，如图10所示F10、F11层的红色构件。输入地震波选取地震波选择根据GB50011-2010《建筑抗震设计规范》5.1.2条3款规定，弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结果底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%,多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱法计算结果的80%.最终选择两条天然波和一条人工波进行计算，地震波基本参数见表2.对结构进行三组地震动记录、三向输入（图11），共计6个工况（三组波分别双方向轮换输入）的罕遇地震动力弹塑性分析，三个方向（X、Y、Z向）输入峰值加速度比为1∶0.85∶0.65,X向波峰值加速度取为400gal.罕遇地震弹塑性分析结果研究表明普通支撑与屈曲约束支撑混合布置能够在改善结构抗震性能基础上节约成本。多遇地震作用下普通支撑与屈曲约束支撑一起形成框架支撑体系，支撑提供抗侧刚度，设防烈度地震作用下部分屈曲约束支撑进入屈服耗能，罕遇地震作用下绝大部分屈曲约束支撑进入耗能阶段但不发生破坏，普通钢支撑不发生大变形失稳。

最大层间位移角反应如图12所示，X向输入时，结构顶部最大位移为0.282m,最大层间位移角为1/96,在第6层；Y向输入时，结构顶部最大位移为0.285m,最大层间位移角1/102,发生在第11层。同时可以发现各核心筒参考点层间位移角结果差别很小（<10%），说明各筒自身扭转效应不明显，抗侧刚度变化均匀。

结构的损伤情况图13为结构在8度罕遇、三向输入天然波2时，梁、柱内型钢的塑性应变分布情况，可以看到，X、Y向输入时，结构中出现塑性应变的型钢（含型钢混凝土构件中型钢）主要集中在首层核心筒的局部位置，其中X向输入时最大塑性应变为2.338×10-3;Y向输入时最大塑性应变仅为1.077×10-3.其余部位型钢基本保持弹性，结构整体损伤较轻，均在可控范围内。

屈曲约束支撑滞回性能在8度罕遇地震下，沿结构角部、周边及核心筒处选取4处典型屈曲约束支撑滞回曲线进行分析（图14），JY-SD-1000型屈曲约束支撑最大轴向变形15mm,JY-SD-2000型屈曲约束支撑最大轴向变形13mm,JY-SD-2500型屈曲约束支撑最大轴向变形15mm,三种屈曲约束支撑轴向变形与构件长度比例均未超过1%,滞回曲线饱满（图15），表明在8度罕遇地震作用下屈曲约束支撑较大程度进入屈服耗能，而主体结构完好。

本项目屈曲约束支撑芯材采用Q160低屈服点软钢，构件极限变形能力和延性性能明显优于普通材料。采用了低屈服点软钢芯材的支撑表现出了滞回曲线饱满，屈服后构件刚度小幅正向增长的优点，同时支撑屈服后强化刚度较小，其明显降低了罕遇地震作用下支撑附加给节点的内力。

结构整体弹塑性分析表明，屈曲约束支撑最大变形为18mm（屈服位移的7.8倍），而构件变形能力超过32mm（屈服位移的14.8倍），这表明屈曲约束支撑变形安全储备在1.9倍以上。

结论

1）采用屈曲约束支撑的框架支撑体系在三向罕遇地震输入时，结构最大层间位移角为1/96,整个计算过程中，结构始终保持直立，满足规范“罕遇地震不倒”的要求。

2）采用低屈服点芯材的屈曲约束支撑在多遇地震作用下能够有效提供弹性抗侧刚度，设防地震作用下屈曲约束支撑进入屈服，结构整体刚度降低、阻尼比提高，有效提高结构抗震能力。

3）罕遇地震作用下屈曲约束支撑耗能性能显着，主体结构型钢及钢筋塑性变形主要集中在结构底层，符合规范抗震设防体系的思路，整体结构损伤轻微并具有一定安全储备。

参考文献

[1]建研科技股份有限公司。北京市轨道交通指挥中心（二期）项目动力弹塑性分析报告[R].北京：建研科技股份有限公司，2011:2-8.[2]建研科技股份有限公司。消能减震技术设计手册[M].北京：建研科技股份有限公司，2011:1-11.[3]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.（GB50011-2010 Codeforseismic design of buildings [S].Beijing: China Architecture & Building Press,2010.（inChinese））

[4]ABAQUSIns.ABAQUS analysis's manual: version6.9[M].Pawlucket,USA: ABAQUSIns.,2009:3.23-3.29.