鋼橋中厚板件的力學(xué)問題研究.pdf

1、本文是在高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目“橋梁空間分析設(shè)計理論基礎(chǔ)研究”(編號20050247029)資助下進行的，所做的主要工作包括： 在查閱大量國內(nèi)外文獻的基礎(chǔ)上，回顧了國內(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，總結(jié)了鋼橋中厚板研究中存在的一些問題，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，并對國內(nèi)外關(guān)于厚度方向性能鋼板的規(guī)定及其評定方法做了詳細

2、介紹。針對導(dǎo)致層狀撕裂的最主要內(nèi)部原因——鋼板性能，基于試驗數(shù)據(jù)，深入分析了S含量、板厚、鋼材強度、取樣位置以及軋制工藝對鋼板Z向斷面收縮率的影響規(guī)律；針對導(dǎo)致層狀撕裂的最主要外部原因——焊接應(yīng)力，采用焊接專業(yè)軟件SYSWLD，對常見焊接接頭的Z向殘余應(yīng)力進行了有限元數(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鋼板層狀撕裂敏感性的影響展開了討論。最后，從制造、加工、設(shè)計、檢測以及補救等角度，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算方法，針對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比分析。對箱形截面中的板件相關(guān)屈曲進行了深入探討，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)力計算方法和步驟。結(jié)合各國設(shè)計規(guī)范，對板件的臨界寬厚比、最大寬厚比以及局部屈曲效應(yīng)等重要問題進行了比對分析與討論。 分別從彈性屈曲系數(shù)和彈塑性極限承載力的角度，對開孔板的穩(wěn)定性能進

4、行了較深入的分析與探討，研究參數(shù)包括寬厚比、長寬比、孔洞形狀、孔洞位置、孔洞大小、孔洞數(shù)量以及鋼材強度等。針對孔邊圍板、孔邊貼板和孔邊加勁這幾種常見的孔洞補強措施，從補強效果和經(jīng)濟性方面，對比了這些措施的優(yōu)劣利弊，并提出了有益的設(shè)計建議。 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算公式，并與ANSYS有限元分析及其他文獻結(jié)果進行對比，驗證了公式的正確性。進

5、一步以縱向設(shè)置Ⅰ形加勁肋的加勁板為對象，進行了極限承載力分析，得到了一些有益的結(jié)論。 針對中厚板剛性加勁設(shè)計比較浪費材料的弊端，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，對中厚板柔性加勁設(shè)計的優(yōu)化方法進行了較深入研究。算例分析結(jié)果表明，與剛性加勁設(shè)計方法相比，在同樣滿足加勁板整體極限強度的條件下，中厚板采用柔性加勁設(shè)計之后所體現(xiàn)出來的經(jīng)濟性是很明顯的，該方法可逐步在工程設(shè)計中推廣