基于空間整體分析下的下承式鋼板梁橋穩(wěn)定問題研究.pdf

1、近些年來，國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正如火如荼的開展，特別是在公路和鐵路建設(shè)中，我們看到了越來越多鋼橋的身影，橋梁自身的結(jié)構(gòu)形式也趨于多樣化，設(shè)計(jì)水平及其施工技術(shù)愈加先進(jìn)合理。這其中，常見的鋼板梁橋更是伴隨著中國鐵路一路走來，見證著現(xiàn)如今中國鐵路的迅猛發(fā)展。但是穩(wěn)定性作為鋼橋設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)突出問題，倘若處理的不夠得當(dāng)就會(huì)造成比較嚴(yán)重的工程事故，當(dāng)其作為一個(gè)整體發(fā)生失穩(wěn)的時(shí)候，梁將產(chǎn)生側(cè)向的彎曲以及發(fā)生宏觀層面上的扭轉(zhuǎn)變形。
　　下承式鋼

2、板梁橋的主梁與橋面系共同構(gòu)成了一個(gè)敞口框架，所以為了加強(qiáng)穩(wěn)定性能，提供足夠的強(qiáng)度作用，故而在橫梁和主梁之間設(shè)置了肱板，這是從構(gòu)造上彌補(bǔ)沒有上平縱聯(lián)所帶來的穩(wěn)定問題。但肱板這一構(gòu)造，它所帶來的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性能，到底程度如何還需要進(jìn)一步討論。再者，傳統(tǒng)的下承式鋼板梁橋穩(wěn)定問題的研究通常由于結(jié)構(gòu)自身的復(fù)雜性，被分成整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定這兩大部分分別進(jìn)行計(jì)算，如今由于結(jié)構(gòu)有限元技術(shù)的發(fā)展，可以把下承式鋼板梁橋完全作為一個(gè)整體探討其整

3、體穩(wěn)定問題。
　　論文寫作思路如下:
　　首先通過翻閱與鋼板梁橋相關(guān)的經(jīng)典教材，公路、鐵路規(guī)范以及相關(guān)文獻(xiàn)。概括鋼板梁橋穩(wěn)定性問題計(jì)算方法以及與之相關(guān)的研究內(nèi)容。分別總結(jié)規(guī)范中對(duì)公路鋼板梁橋、鐵路鋼板梁橋局部以及整體穩(wěn)定的規(guī)定。
　　其次通過翻閱有限元書籍，總結(jié)有限元軟件MIDAS關(guān)于平板單元有限元方程，板單元施加荷載方法，板單元結(jié)果分析，單元之間的邊界條件與約束方程，應(yīng)用有限元方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性屈曲分析等內(nèi)容，從而為

4、下承式鋼板梁橋利用有限元方法進(jìn)行數(shù)值分析提供理論依據(jù)。
　　然后運(yùn)用數(shù)值計(jì)算的手段，為保證結(jié)構(gòu)在發(fā)生整體失穩(wěn)前不出現(xiàn)局部失穩(wěn)，參照規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定方面的規(guī)定，在規(guī)范規(guī)定的范疇內(nèi)進(jìn)一步分析下承式鋼板梁橋的細(xì)部構(gòu)造對(duì)結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，從而得到滿足規(guī)范局部穩(wěn)定要求的有限元模型。
　　最后對(duì)滿足要求的有限元模型分別從有肱板和無肱板兩個(gè)方面進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析，探究宏觀失穩(wěn)模態(tài)下結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的臨界荷載，與規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定

5、內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算匹配，從這兩個(gè)方面計(jì)算得出的臨界值上尋找差異性，從而可分析研究下承式鋼板梁橋的整體穩(wěn)定問題。
　　論文結(jié)論如下:
　　(1)對(duì)有無肱板這兩種情況下的下承式鋼板梁橋進(jìn)行有限元分析后，得到的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)加上肱板以后，對(duì)于下承式鋼板梁橋這樣的僅由主梁與橋面系共同構(gòu)成了一個(gè)敞口框架來說，進(jìn)一步加強(qiáng)了它的穩(wěn)定性能，其一可以對(duì)主梁的上翼緣板提供支撐作用，保證上翼緣板的穩(wěn)定性能;其二可以起到橫聯(lián)的作用并減少或預(yù)防主梁的偏斜。這

6、可從下承式鋼板梁橋有無肱板這兩種情況的屈曲模態(tài)圖中得到印證，并且相應(yīng)所能承受的臨界荷載值有了一個(gè)較為明顯的提高，從未加設(shè)肱板時(shí)的238.78 kN，到加設(shè)肱板后的306.51 kN。臨界荷載值提升幅度為28％。
　　(2)對(duì)加設(shè)肱板的下承式鋼板梁橋的整體穩(wěn)定驗(yàn)算中，從鐵路規(guī)范中算得的限值為270 MPa，而通過有限元計(jì)算得到的全橋最大彎曲應(yīng)力為279.52 MPa。兩者進(jìn)行比對(duì)可以得知，依據(jù)鐵路規(guī)范驗(yàn)算得到的整體穩(wěn)定性是偏于保守的

7、，可以安全的應(yīng)用在實(shí)際工程的相關(guān)檢算當(dāng)中。由于規(guī)范中對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性采用的是近似計(jì)算方法，所以通過對(duì)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析所得到的結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了規(guī)范規(guī)定對(duì)于下承式鋼板梁橋整體穩(wěn)定性驗(yàn)算的適用性。
　　(3)運(yùn)用公路規(guī)范，算得的彎扭屈曲臨界彎矩為:Mcr,z=407.12kN.m，而根據(jù)有肱板的下承式鋼板梁橋有限元計(jì)算結(jié)果，并依據(jù)2.2.1節(jié)式(2.36)算得的彎扭屈曲臨界彎矩為:Mcr=388.42kN.m。結(jié)果對(duì)比公路