发布时间 : 星期三 文章屈曲稳定性分析 - 图文更新完毕开始阅读
图4-6 两种桥墩模型的第二阶屈曲模态
第三阶屈曲模态（有隔板） 第三阶屈曲模态（无
隔板）
图4-7 两种桥墩模型的第三阶屈曲模态
第四阶屈曲模态（有隔板） 第四阶屈曲模态（无
隔板）
图4-8 两种桥墩模型的第四阶屈曲模态
第五阶屈曲模态（有隔板） 第五阶屈曲模态（无
隔板）
图4-9 两种桥墩模型的第五阶屈曲模态
由两种桥墩模型的屈曲模态可以看出：设置有竖向隔板的空心墩，在空心墩较宽的壁板上沿高度方向在纵向中心处隔板两侧发生形如正弦半波曲线的凸曲和凹曲，而相对的壁板上在对应的位置会发生凹曲和凸曲，两面变形相反；没有设置竖向隔板的空心墩，会在空心墩较宽的壁板上沿高度方向在纵向中心处发生凸曲和凹曲，而相对的壁板上在对应的位置变形相反。两种模型的第一阶屈曲模态均表现为墩壁的局部失稳，只是竖向隔板改变了其发生变形的部位而已，并没有出现整体失稳（顺桥向侧倾）。说明该桥墩在铁路正常运营后四线同时行车情况下，不会出现墩身的纵横向整体失稳现象，最先出现的失稳形式是墩壁的局部凸凸或凹陷。 需要说明的是，在各阶屈曲模态中，ANSYS在模态扩展时都进行了归一化处理，应力并非真实的应力，仅表示各个模态中的相对应力概念；位移并不表示真实的变形，仅表示屈曲模态的形状。
3.1.2.2有竖向隔板和无竖向隔板两种桥墩模型的屈曲特征值对比分析
将有竖向隔板和无竖向隔板两种桥墩模型的前五阶屈曲特征值列于下表4-1。
表4-1 两种桥墩模型屈曲结果计算表 有竖向隔板 阶数 屈曲特征值 1 203.77 屈曲模态 墩壁凸、凹（沿隔板两侧） 墩壁凸、凹（沿隔板两侧） 屈曲特征值 47.155 52.083 无竖向隔板 屈曲模态 墩壁凸、凹（纵向中心处） 墩壁凸、凹（纵向中心处） 2 207.92
3 214.21 墩壁凸、凹（沿隔板两侧） 墩壁凸、凹（沿隔板两侧） 墩壁凸、凹（沿隔板两侧） 74.576 82.035 96.986 墩壁凸、凹（纵向中心处） 墩壁凸、凹（纵向中心处） 墩壁凸、凹（纵向中心处） 4 218.81 5 239.26 设置有竖向隔板和无竖向隔板这两种桥墩模型的前五阶屈曲特征值对比曲线如下图4-10。
无竖向隔板屈曲特征值400350有竖向隔板屈曲特征值屈曲特征值30025020015010050012345阶数 图4-10 两种模型的屈曲特征值对比曲线图
由图4-10可见，原桥墩（有竖向隔板）带有竖向隔板的空心桥墩的前五阶屈曲特征值比没有设置竖向隔板的屈曲特征值要高的多，第一种模型的最小特征值是第二种的4.32倍，竖向隔板大大提高了沿壁板宽度方向的墩壁局部失稳的承载能力，有效分担了无隔板时整个壁板局部变形的压力，表明竖向隔板对空心桥墩的局部稳定性有巨大的作用。计算结果显示，第一种模型的最小屈曲特征值非常大，达到了203.77，第二种模型的最小屈曲特征值也达到了47.155，两种桥墩模型均具有很高的局部失稳抵抗能力，在此意义上竖向隔板可以取消，但本文未进行当四线同时行车，双线行车方向刚好相反时的工况计算，故其抗扭作用未进行分析。
3.1.3不同墩壁厚度对空心墩墩壁局部稳定性的影响
按照实际尺寸建立无竖向隔板的空心桥墩模型，通过改变墩壁厚度来研究此超宽空心桥墩的局部稳定性。空心墩墩壁分别采用40cm、45cm、50cm、55cm、60cm不同的厚度。按四线同时行车施加荷载计算，计算结果统计于下表4-2。
表4-2 不同墩壁厚度条件下屈曲结果计算表
屈曲特征值
壁厚（cm） 第一阶
40 45 50 55 60
24.911 34.906 47.155 61.838 79.089
第二阶 27.466 38.533 52.083 68.301 87.310
第三阶 39.238 55.131 74.576 97.755 124.73
第四阶 43.104 60.592 82.035 107.74 137.91
第五阶 49.950 70.916 96.986 128.69 166.41
屈曲形状
或凹曲壁板纵向中心处发生凸曲此超宽薄壁空心桥墩的第一阶屈曲特征值随墩壁厚度的增加而变化的关系曲线，如图4-11所示。
第一阶屈曲特征值 第一阶屈曲特征值90807060504030201004045505560壁厚（cm） 图4-11 不同墩壁厚度条件下空心墩的第一阶屈曲特征值
由不同墩壁厚度的桥墩模型的第一阶屈曲特征值变化曲线图4-11中可以看出，随着空心墩墩壁厚度的增加，其屈曲特征值也随之增大。由曲线图可近似视为线性