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摘要
为了提高铁路桥墩及基础批量化设计中桥墩外力及变形的计算精度，解决复杂墩形的外力及墩顶位移等设计指标的高效精准求解难题，研制了适用于计算任意横截面、沿墩高形变的铁路桥墩通用计算平台，构建一套基于任意截面形变单元加载技术为核心的铁路桥墩仿真计算方法。该方法的关键步骤有：1)通过自定义任意桥墩截面输入格式及基于泊松方程的有限元网格剖分求解方法，搭建任意截面几何特性计算功能；2)通过基于力的平衡及余能定理、卡氏第二定理，推导形变刚度矩阵，利用结构力学法得到等效节点荷载，进而建立形变单元加载算法；3)通过自定义温度场，并引入初轴力、初弯矩概念，然后基于单元力学平衡关系，得到形变单元的等效温度节点力，从而创建温度效应的初载法；4）据此编制完成铁路桥墩通用计算平台，并分别采用商业有限元软件Midas对(60+100+60) m高铁连续梁桥墩地震力、采用Abaqus对圆端形形变构件空心墩温度作用墩顶位移进行验证。研究结果表明：平台的地震力计算结果与Midas的最大误差为0.18%，表明形变刚度及任意截面几何特性计算功能满足工程精度要求；温度作用下，当墩高超过21 m时，平台计算墩顶位移与Abaqus的最大误差为0.52%，误差随墩高增加而减小，表明温度效应的初载法准确度高。研究成果可为研制相同类型铁路桥墩设计仿真平台提供一种精度高且技术路线可行的简便方法。
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