中空鋼夾層橋面板的設(shè)計開發(fā)與受力性能研究.pdf

1、鋼夾層板（Sandwich Plate System deck，簡稱SPS板）是近年來在船舶工程、土木工程等領(lǐng)域取得較廣泛應(yīng)用的新型組合結(jié)構(gòu)，在橋梁工程中的應(yīng)用方興未艾。中空鋼夾層板（Hollow SPS deck，簡稱HSPS板）是SPS板的一種改進(jìn)形式，相比而言具有更高的承載效率和經(jīng)濟性能，在橋面板的應(yīng)用上具有廣泛的前景。國內(nèi)外對HSPS板的研究還處于初始階段，相應(yīng)的研究文獻(xiàn)較少，對其深入研究與推廣應(yīng)用是一個嶄新的領(lǐng)域，尚存在大量未

2、解決的問題。本文基于試驗、理論分析以及數(shù)值模擬技術(shù)，對HSPS板的關(guān)鍵制造工藝、合理斷面形式、簡化分析方法及靜力力學(xué)性能進(jìn)行了研究，為HSPS板的理論、試驗研究以及制造與設(shè)計提供借鑒。
　　本文首先對鋼夾層板的關(guān)鍵制造工藝進(jìn)行了試驗研究，針對鋼夾層板制造過程中的鋼板表面處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，試驗結(jié)果表明在噴砂清洗后的鋼板表面涂覆膠粘劑，能使鋼板與聚氨酯彈性體間拉伸剪切強度顯著提高，Chemlok-218膠粘劑能使兩者產(chǎn)生較大的平均拉伸

3、剪切強度，從而保證鋼夾層板在使用過程中的可靠粘接，進(jìn)一步提高鋼夾層板的承載性能。
　　然后對HSPS板的合理斷面形式進(jìn)行了理論分析，給出HSPS板斷面形式的概念方案，通過對不同概念方案的分析和比選，表明在無芯管方案中，豎向圓形中空方案具有較高的橫向抗彎剛度和面板屈曲穩(wěn)定性，芯層的受力也更合理;鋼質(zhì)芯管的插入能顯著提高HSPS板的縱、橫向抗彎剛度;在結(jié)構(gòu)自重與原材料成本相近的前提下，矩形芯管相對圓形芯管對結(jié)構(gòu)剛度的提高更明顯。

4、>　　再次，針對HSPS板的簡化分析方法進(jìn)行了探討，首次將基于應(yīng)變能等效的均勻化方法運用于HSPS板的等效彈性常數(shù)預(yù)測中，且在靜、動力學(xué)問題求解中具有較高的精度;針對基于應(yīng)變能等效的均勻化方法在實際使用中操作繁瑣的問題，提出了基于材料力學(xué)分析方法與徑向基函數(shù)(Radial Basis Function，RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的簡化算法。在此基礎(chǔ)上，基于經(jīng)典層合板理論，推導(dǎo)了HSPS板剛度問題的計算公式。
　　最后基于數(shù)值模擬技術(shù)，

5、并結(jié)合具體的算例，對兩類橋面系——HSPS板與正交異性鋼橋面板(Orthotropic Steel Deck，OSD)——的靜力力學(xué)性能進(jìn)行了對比分析。HSPS板因其構(gòu)造上的簡易性，焊縫數(shù)量的大大減少，不僅能提高施工效率，而且能有效解決OSD橋面系疲勞等問題;計算表明，在縱、橫梁與HSPS板的相交處材料應(yīng)力較集中，而局部的補強措施有助于改善縱橫梁支撐處HSPS板的應(yīng)力集中程度;對HSPS板斷面尺寸的參數(shù)分析可知，項板最大拉應(yīng)力受芯層高度