混凝土支座中空方案有限元简单分析

徐珂,2009年12月6日

        由实体方案可以看出，尽管采用混凝土实心墩体可以满足压环支撑条件，但由于中部混凝土应力极低，混凝土结构利用率较低，而且大体积混凝土施工的时候对温度极为敏感，因此采用四周墙体、中部中空的混凝土墩体方案，对此方案进行了有限元模拟计算，以验证其能否满足支撑要求。
    计算假定条件：
    1.    墩体底部固支；
    2.    混凝土与预埋钢板（45mm厚）粘结牢固，可协同工作；
    3.    压力环与预埋钢板接触处设置刚性环形钢环（径向200mm），可将压环端部压力均匀地传递到预埋钢板上，以减少混凝土表面局部压应力。
                        

       图七    实体模型                              
       

       图八    有限元计算模型
 

       图九    混凝土位移云图
 

       图十    混凝土表面z向应力云图

                    图十一    混凝土最大主应力云图
     计算结果：
     1.    混凝土在混凝土墩体顶部，其值为6.31mm（图九）；
     2.    混凝土表面局部压应力最大值为22.9MPa（图十），采用C40混凝土即可满足混凝土局部抗压要求；
     3.    混凝土最大主拉应力为20.5 MPa，采用合理的配筋完全能够满足混凝土受力要求。
     计算结论：
     采用混凝土空心墩体的设计方案，可满足压环支座要求，而且可以避免大体积混凝土的弊端；并且由于墩体由四面混凝土墙体组成，可以用壳单元模拟计算，得到墙体各处的弯矩、剪力，在工程上概念清晰，利于配筋。因此建议采用此方案进行设计。
     下一步工作：
     1.    多工况计算验算墩体应力，并得到墙体各处的弯矩、剪力，以便于下一步配筋计算；
     2.    压力环与预埋钢板接触处设置的刚性环形钢环的具体构造，其刚性如何实现；
     3.    预埋钢板的具体尺寸，与混凝土之间如何连接。