鋼箱拱橋失效機理及設(shè)計方法研究.pdf

1、屈曲失穩(wěn)是鋼箱拱橋靜力失效形式之一，地震作用下鋼箱拱橋結(jié)構(gòu)的損傷破壞是其動力失效形式之一。迄今為止，許多學者對鋼拱橋的靜、動力失效機理研究主要通過桿系有限元模型，利用彎矩-曲率模型或者纖維模型的彈塑性大變形理論計算研究結(jié)構(gòu)的破壞形式，它們都忽略了鋼板局部屈曲對計算結(jié)果的影響。但是，箱形鋼拱肋截面由較薄的鋼板組成，鋼板的局部屈曲及部分構(gòu)件的連鎖失效是引起鋼橋失效的主要原因，由于桿系結(jié)構(gòu)理論不能考慮鋼板局部失穩(wěn)的影響，因此，決定這種方法無法

2、精確模擬結(jié)構(gòu)的失效過程。
　　 為了豐富鋼箱拱橋在失效機理研究方面的研究成果，本文利用三維精細板殼模型計算分析鋼箱拱橋的失效機理。我國橋梁設(shè)計規(guī)范關(guān)于鋼箱拱橋的設(shè)計方法又尚未完全建立。為了更深入地研究鋼箱拱橋的失效機理，提出有益的設(shè)計建議，基于上述目的，本文主要做了以下工作：
　　 (1)對某座下承非對稱外傾式鋼箱拱橋的設(shè)計方案進行失穩(wěn)機理研究，利用ABAQUS分別建立精細的三維全橋板殼模型(主要由板殼單元構(gòu)成)和纖維模

3、型(主要由纖維單元構(gòu)成)，進行彈塑性大變形穩(wěn)定性能分析，板殼模型考慮了局部鋼板屈曲、吊桿屈服對整體失穩(wěn)的影響，認為局部屈曲對該橋整體失穩(wěn)影響較小，而吊稈全部進入屈服狀態(tài)對該橋整體失穩(wěn)起控制作用。用改變鋼箱拱肋表面鋼板厚度的方法，探討了整體失穩(wěn)極限荷載及局部失效的關(guān)系，在鋼板厚度減小lOmm后，拱肋頂部鋼板局部屈曲可導致拱橋整體失穩(wěn)。對比了兩個模型的穩(wěn)定性能，驗證了纖維模型在穩(wěn)定性能計算結(jié)果方面的準確性。(2)隨著軸壓比增大，鋼箱節(jié)段結(jié)構(gòu)

4、的極限壓應(yīng)變近似于線性下降，局部屈曲變形會隨著減小，結(jié)構(gòu)剛度退化明顯，承載能力降低。在水平單調(diào)荷載作用下，纖維模型與板殼模型的計算結(jié)果存在較大差異，但是纖維模型在軸力較大(Nf Ny=0.4)時，損傷區(qū)域的最大壓應(yīng)變與板殼模型的平均極限壓應(yīng)變比較接近。在反復漸增荷載作用下，滯回曲線形狀一致且對稱，局部屈曲變形相似，但滯回曲線圍成的面積有較大差別。(3)對某座大跨度上承式鋼箱拱橋的設(shè)計方案進行地震失效機理的研究，利用ABAQUS建立精細的