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《长安大学》 2009年
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钢箱梁梯形肋加劲板受力性能与设计方法研究

狄谨  
【摘要】: 本文在总结前人研究成果和各国相关规范设计方法的基础上,结合我国大跨度钢箱梁斜拉桥建设实践,通过理论推导、有限元分析、模型试验和现场测试,较为系统地研究了钢箱梁正交异性梯形肋加劲板的受力性能,主要完成了以下工作: 针对目前国内钢箱梁斜拉桥正交异性加劲板常采用梯形闭口加劲肋的现状,考虑闭口肋扭转应变能和采用加劲板截面形心位置计算弯曲应变能,基于能量法和比拟正交异性板法分别推导了四边简支加劲板在各种荷载条件下屈曲临界应力计算公式,是本文的一个主要创新点。分别采用Timoshenko方法、小西一郎方法、本文能量法和比拟正交异性板法以及有限元方法计算了典型钢箱梁正交异性加劲板的临界应力并进行了比较,结果表明本文能量法公式计算结果与有限元结果最为接近。 采用本文能量法公式与有限元方法对梯形闭口肋加劲板扭转应变能的作用进行了分析,结果表明扭转应变能对加劲板屈曲临界应力的贡献约为42%~77%,其影响不可忽略,尤其是对于长宽比较大的加劲板,是本文的又一创新点。 基于本文第2章推导的能量法计算公式,对影响两对边均匀受压四边简支加劲板屈曲临界应力的重要影响因素如母板宽厚比、加劲板长宽比、加劲肋与母板面积比、加劲肋与母板抗弯刚度比、加劲板扭转刚度与抗弯刚度比进行了参数分析。并分别推导了加劲肋的合理抗弯刚度比以及加劲肋腹板的最大高厚比。 比较了各国规范对于整体和局部初始几何缺陷的规定;考虑几何非线性和材料非线性,计入初始缺陷对无加劲板和加劲板的稳定极限承载力进行了分析。并对影响加劲板极限承载力的重要影响因素进行了参数分析。 对常用钢结构构件截面、开口肋加劲板和闭口肋加劲板的残余应力分布研究成果以及国内外规范关于加劲板残余应力的规定进行了总结。以实桥钢箱梁正交异性加劲板为研究对象,采用盲孔法对309个加劲板测点残余应力进行了测试,得到了各测点的主应力和正应力,并且根据测试结果提出了梯形肋加劲板残余应力分布的简化模式,是本文的另一个创新点。 以杭州湾大桥南航道斜拉桥钢箱主梁加劲板为原型,改变母板厚度与加劲肋厚度、高度和间距等参数按1:3设计了9块加劲板试件,并对其材料特性指标进行了测试。承载力试验得到了各个试件的极限破坏荷载以及荷载~位移曲线和荷载~应变曲线。试验验证了加劲板试件在轴向荷载作用下的三种主要失稳破坏形态,即母板破坏、母板与加劲肋共同破坏以及加劲肋破坏。采用板壳单元,同时考虑材料非线性和几何非线性对9个加劲板试验模型的极限承载力进行了有限元分析,计算结果与试验结果相比较,平均值为0.992,均方差为0.071,变异系数为0.072。 总结和比较了国内外相关规范关于受压翼缘板局部稳定、加劲肋布置和计算的规定以及各国规范的适用范围;在本文研究成果的基础上提出了钢箱梁正交异性加劲板的设计方法,是本文的一个创新点。
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:U448.213

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