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正交异性钢箱梁局部稳定分析理论及模型试验研究

李立峰  
【摘要】:本文在总结中外学者研究成果和外国设计规范的基础上,结合我国大跨度正交异性钢箱梁的工程实践,系统地研究了正交异性钢箱梁结构的局部稳定问题,主要做了以下工作: (1)研究了正交异性钢箱梁在桥梁工程结构中的发展历史、应用现状、以及存在的关键技术问题,阐述了密索体系斜拉桥和自锚式悬索桥的发展使钢箱梁的局部稳定问题更加突出的原因; (2)研究了四边简支板的屈曲临界应力的理论解和各国规范对板局部稳定的规定;然后推导了加劲板的屈曲临界应力的理论解,分析了各种国内、外规范对加劲板的计算方法、并对它们的理论背景和适用范围进行了对比研究;研究了开口、闭口加劲板的弹性屈曲特性,并对一些主要影响其屈曲应力的参数进行了分析;提出了加劲肋的合理构造,推导了纵向加劲肋、横隔板的所需刚度的计算公式; (3)首次提出并建立了考虑钢桥面板第二体系应力约束时的钢桥面板的稳定优化分析模型。针对目前钢桥面铺装容易受损、开裂的现状,基于格子梁法推导了分析钢桥面板第二体系应力的刚度计算公式,以计入结构重量和焊缝体积的结构造价为目标函数,以桥面板的局部刚度(限制第二体系应力的大小、防止钢桥面板的破坏)和稳定容许应力为约束条件,采用可行方向法进行优化迭代,编制了计算程序;得到一些十分有意义的结论,可用于指导钢箱梁的设计; (4)提出了全面考虑材料、几何双重非线性以及计入初始几何缺陷、残余应力的加劲板稳定承载力的计算方法。分析理论可直接用于指导承压加劲板的设计。 (5)应用梁柱理论,推导了加劲肋的M-φ-N之间的计算公式,并采用递推的方法推导了考虑初始缺陷、残余应力的加劲板承载能力简化计算方法,编制了计算程序,并与通用程序计算进行了对比,两者吻合较好。在此基础上,进行一批共6块加劲板的稳定承载力的模型试验,得到了板件破坏时的极限荷载大小,同时对试验结果与理论计算结果进行了比较,吻合较好。 (6)在此基础上,以三汊矶大桥为工程背景,介绍两个不同结构布置的1:5典型节段钢箱梁模型试验,其中模型1的腹板采用开口加劲肋,承载力分析结果表明模型由于腹板的局部失稳而破坏;模型2的腹板采用U形闭口加劲肋,模型由于材料屈服而破坏,采用非线性有限元法得到了结构的荷载—位移曲线,详细的理论分析验证了试验结果。试验结果对钢箱梁的设计有很大的参考意义。


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