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简支高强钢桥梁设计若干问题研究

刘博锦  
【摘要】:在国内推广钢桥建设、合理利用高强度钢材、化解部分钢铁产能的背景下,本文基于波形钢腹板良好的抗剪屈曲能力,结合理论公式及有限元软件数值模拟,对波形钢腹板静力特性、剪切屈曲特性及其影响因素进行分析论证。将波形钢腹板的强抗剪稳定性和高强钢的高屈服能力两个优势相结合,提出了 3套桥梁上部结构设计方案。主要工内容作及成果如下:(1)分别采用有限元软件ANSYS与MIDAS建立波形钢腹板梁模型进行对比分析,以确定模型受力及约束条件,研究其抗弯、抗剪及刚度特性。(2)基于波形钢腹板的3种剪切屈曲模式的临界屈曲强度理论,探究波纹形状、腹板高度及厚度等因素对波形钢腹板抗剪屈曲能力的影响。利用ANSYS建立不同尺寸的梁构件模型,分析各参数对剪切屈曲承载能力的影响。(3)提出了合理的波形腹板尺寸的参考范围。分析指出了波折角度宜在30~45°之间、桥梁用波形腹板材料宜选用Q345、板厚不宜小于8mm等结论。(4)通过改变翼缘受力情况、梁长、不同翼板宽厚比及波折角度,研究各参数对受压翼缘屈曲能力的影响。考虑到受波形腹板的约束作用,翼缘板局部屈曲性能相较于直腹板翼缘有所提高,提出了放宽受压翼缘宽厚比限值的修正公式。(5)提出了公路双车道波形钢腹板梁、铁路下承式有砟高强钢板梁和铁路半穿式有砟高强钢桁梁设计方案。提出采用波形腹板以减少使用加劲肋、在钢桥上布置有砟轨道、在软弱地基区段可将其作为替换梁等措施,对工程具有一定的指导价值。(6)对于满足当前一般行车要求的高强钢桥梁设计,本文认为Q500钢材实用性更好,更利于在钢桥建设中推广。


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