大跨度鋼橋極限承載力計(jì)算理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、我國在大跨度鋼橋建設(shè)上某些指標(biāo)已經(jīng)趕超世界先進(jìn)水平，但基礎(chǔ)理論研究卻落后較多，嚴(yán)重滯后于工程實(shí)踐。隨著我國橋梁建設(shè)的發(fā)展，鋼橋跨徑不斷增大，廣泛采用高強(qiáng)鋼并向全焊形式發(fā)展，橋塔高聳化、箱梁薄壁化，使結(jié)構(gòu)整體和局部的剛度下降，穩(wěn)定問題顯得比以往更為重要，迫切需要對(duì)鋼橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和極限承載力等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行深入的理論研究和模型試驗(yàn)。20世紀(jì)70年代歐洲發(fā)生4次大型鋼箱梁橋施工墜梁事故是橋梁穩(wěn)定性問題研究的新起點(diǎn)，也說明應(yīng)按極限承載力理論來

2、指導(dǎo)設(shè)計(jì)。分析橋梁結(jié)構(gòu)的極限承載力，不僅可以用于極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，而且可以了解橋梁結(jié)構(gòu)的破壞形式，準(zhǔn)確地知道結(jié)構(gòu)在給定荷載下的安全儲(chǔ)備和超載能力，為其安全施工和營運(yùn)管理提供依據(jù)和保障。
　　 本文在總結(jié)和吸取前人對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)，特別是板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力研究方面的成果和方法的基礎(chǔ)上，采用理論分析和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法，對(duì)板、板鋼結(jié)構(gòu)的極限承載力進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的研究。本文的研究內(nèi)容如下：
　　 1.鋼橋穩(wěn)定理論和板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力

3、研究的總結(jié)和評(píng)述：在對(duì)橋梁穩(wěn)定理論和板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力研究的歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行回顧和總結(jié)的基礎(chǔ)上，就其基礎(chǔ)理論、研究思路、分析方法、目前的研究水平等4方面，系統(tǒng)闡述已取得的成果，同時(shí)指出了目前板、板鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和極限承載力研究面臨的問題，為大跨度鋼橋極限承載力研究提供參考。
　　 2.板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力研究：從含初始彎曲的大撓度方程出發(fā)，以薄板厚度的折減系數(shù)為攝動(dòng)參數(shù)，將殘余應(yīng)力等效為邊界荷載，將實(shí)用板(帶初始彎曲和殘余應(yīng)力的板)比

4、擬為理想板(完善板)，得出板的厚度折減系數(shù)和板鋼結(jié)構(gòu)厚度折減方程。通過與數(shù)值方法和已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析驗(yàn)證了折減厚度法的正確性，并全面地分析了初始幾何彎曲和殘余應(yīng)力對(duì)板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力的影響。
　　 3.塑性佯謬的研究：回顧了塑性佯謬的研究歷史和對(duì)可能造成塑性佯謬的原因進(jìn)行了全面的總結(jié)。采用數(shù)值方法，對(duì)比分析了塑性增量理論和塑性全量理論對(duì)受壓板塑性屈曲的影響，并對(duì)可能造成塑性佯謬的原因進(jìn)行了分析和對(duì)比。根據(jù)對(duì)塑性屈曲試驗(yàn)的精細(xì)

5、分析和理論研究，得出塑性佯謬是解析方法的近似造成的，塑性佯謬在塑性屈曲數(shù)值分析中是不存在的。
　　 4.板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力統(tǒng)一理論研究：將有效寬度法推廣到板鋼結(jié)構(gòu)的極限承載力分析，得到板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力統(tǒng)一公式。通過對(duì)受壓寬板的極限承載力分析驗(yàn)證了統(tǒng)一公式的適用范圍；對(duì)簡支板在均勻受剪、非均勻荷載和復(fù)雜荷載作用下的極限承載力分析，系統(tǒng)的研究了統(tǒng)一公式在板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力分析中的應(yīng)用；研究了簡支板的彈性邊界扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)承載力的影響，

6、將簡支板理論推廣到板鋼結(jié)構(gòu)；與數(shù)值方法的對(duì)比驗(yàn)證了統(tǒng)一公式的完備性，并給出了適用于復(fù)雜板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力分析的逐步破壞法。結(jié)合折減厚度法，考慮板鋼結(jié)構(gòu)抗力的隨機(jī)性得出板鋼結(jié)構(gòu)的極限承載力統(tǒng)一理論。
　　 5.板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力理論的應(yīng)用研究：采用板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力統(tǒng)一理論，研究工字形鋼板梁在局壓、受剪和復(fù)雜荷載作用下的極限承載力和受壓加勁板的極限承載力，得出比已有理論更加優(yōu)良的極限承載力公式。通過理論分析結(jié)果與試驗(yàn)的對(duì)比，驗(yàn)證了

7、理論公式的合理性。
　　 6.基于可靠度理論的板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力設(shè)計(jì)方法研究：回顧了我國公路鋼橋設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和現(xiàn)狀，通過國內(nèi)外主要鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范的比較，提出了基于可靠度理論的板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力設(shè)計(jì)方法和目標(biāo)可靠度指標(biāo)建議值。開發(fā)了基于Ansvs軟件的隨機(jī)非線性有限元方法，采用該方法分析了板鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)隨機(jī)性對(duì)承載力的影響，得出了板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力概率設(shè)計(jì)的分項(xiàng)系數(shù)。
　　 7.壓桿極限承載力研究：采用統(tǒng)一理論研究鋼壓桿

8、極限承載力，通過修正Shanlv模型重新構(gòu)建了鋼壓桿極限承載力公式。系統(tǒng)討論了初始缺陷對(duì)鋼壓桿承載力的影響；對(duì)偏心壓桿的控制方程進(jìn)行解析分析，得出雙模量理論解高于試驗(yàn)值的直接原因；對(duì)鋼壓桿極限承載力進(jìn)行概率分析，得出了鋼壓桿穩(wěn)定極限承載力概率設(shè)計(jì)的分項(xiàng)系數(shù)。
　　 8.試驗(yàn)驗(yàn)證：以珠江黃埔大橋施工穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究為依托，通過扁平鋼箱梁節(jié)段試驗(yàn)研究了大跨度斜拉橋施工吊裝階段橫隔板的穩(wěn)定性，并通過局部試驗(yàn)研究了桁架式縱隔板的力學(xué)性能