鋼橋中厚板件的力學(xué)問(wèn)題研究.pdf

1、本文是在高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金項(xiàng)目“橋梁空間分析設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)研究”(編號(hào)20050247029)資助下進(jìn)行的，所做的主要工作包括： 在查閱大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，回顧了國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展歷史，介紹了中厚板在土木工程中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)了鋼橋中厚板研究中存在的一些問(wèn)題，并指出本課題的研究目的和主要內(nèi)容。 系統(tǒng)總結(jié)了鋼板層狀撕裂的主要特征及其產(chǎn)生原因，并對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于厚度方向性能鋼板的規(guī)定及其評(píng)定方法做了詳細(xì)

2、介紹。針對(duì)導(dǎo)致層狀撕裂的最主要內(nèi)部原因——鋼板性能，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入分析了S含量、板厚、鋼材強(qiáng)度、取樣位置以及軋制工藝對(duì)鋼板Z向斷面收縮率的影響規(guī)律；針對(duì)導(dǎo)致層狀撕裂的最主要外部原因——焊接應(yīng)力，采用焊接專(zhuān)業(yè)軟件SYSWLD，對(duì)常見(jiàn)焊接接頭的Z向殘余應(yīng)力進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，并就厚板效應(yīng)、坡口形式、施焊順序、約束條件以及焊接工藝等因素對(duì)鋼板層狀撕裂敏感性的影響展開(kāi)了討論。最后，從制造、加工、設(shè)計(jì)、檢測(cè)以及補(bǔ)救等角度，全面提出了防止鋼板

3、層狀撕裂的有效措施。 總結(jié)了考慮橫向剪切變形的中厚板彈性屈曲理論和計(jì)算方法，針對(duì)多種邊界條件和不同寬厚比的完善矩形板，將中厚板理論解與薄板理論解對(duì)比分析。對(duì)箱形截面中的板件相關(guān)屈曲進(jìn)行了深入探討，給出了箱形截面考慮板件間局部相關(guān)屈曲的彈性屈曲應(yīng)力計(jì)算方法和步驟。結(jié)合各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)板件的臨界寬厚比、最大寬厚比以及局部屈曲效應(yīng)等重要問(wèn)題進(jìn)行了比對(duì)分析與討論。 分別從彈性屈曲系數(shù)和彈塑性極限承載力的角度，對(duì)開(kāi)孔板的穩(wěn)定性能進(jìn)

4、行了較深入的分析與探討，研究參數(shù)包括寬厚比、長(zhǎng)寬比、孔洞形狀、孔洞位置、孔洞大小、孔洞數(shù)量以及鋼材強(qiáng)度等。針對(duì)孔邊圍板、孔邊貼板和孔邊加勁這幾種常見(jiàn)的孔洞補(bǔ)強(qiáng)措施，從補(bǔ)強(qiáng)效果和經(jīng)濟(jì)性方面，對(duì)比了這些措施的優(yōu)劣利弊，并提出了有益的設(shè)計(jì)建議。 基于整體屈曲模態(tài)Ⅰ，將加勁板等效成單塊的各向異性板，根據(jù)板的大撓度理論方程，推導(dǎo)得到了小剛度加勁厚板的極限承載力計(jì)算公式，并與ANSYS有限元分析及其他文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了公式的正確性。進(jìn)

5、一步以縱向設(shè)置Ⅰ形加勁肋的加勁板為對(duì)象，進(jìn)行了極限承載力分析，得到了一些有益的結(jié)論。 針對(duì)中厚板剛性加勁設(shè)計(jì)比較浪費(fèi)材料的弊端，利用小剛度加勁厚板的極限承載力公式，基于非線性規(guī)劃的優(yōu)化理論，并利用MATLAB優(yōu)化工具箱，對(duì)中厚板柔性加勁設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法進(jìn)行了較深入研究。算例分析結(jié)果表明，與剛性加勁設(shè)計(jì)方法相比，在同樣滿足加勁板整體極限強(qiáng)度的條件下，中厚板采用柔性加勁設(shè)計(jì)之后所體現(xiàn)出來(lái)的經(jīng)濟(jì)性是很明顯的，該方法可逐步在工程設(shè)計(jì)中推廣