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，國家的基礎設施建設正如火如荼的開展，特別是在公路和鐵路建設中，我們看到了越來越多鋼橋的身影，橋梁自身的結構形式也趨于多樣化，設計水平及其施工技術愈加先進合理。這其中，常見的鋼板梁橋更是伴隨著中國鐵路一路走來，見證著現如今中國鐵路的迅猛發(fā)展。但是穩(wěn)定性作為鋼橋設計過程中的一個突出問題，倘若處理的不夠得當就會造成比較嚴重的工程事故，當其作為一個整體發(fā)生失穩(wěn)的時候，梁將產生側向的彎曲以及發(fā)生宏觀層面上的扭轉變形。
　　下承式鋼

2、板梁橋的主梁與橋面系共同構成了一個敞口框架，所以為了加強穩(wěn)定性能，提供足夠的強度作用，故而在橫梁和主梁之間設置了肱板，這是從構造上彌補沒有上平縱聯所帶來的穩(wěn)定問題。但肱板這一構造，它所帶來的結構強度以及結構自身的穩(wěn)定性能，到底程度如何還需要進一步討論。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構自身的復雜性，被分成整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定這兩大部分分別進行計算，如今由于結構有限元技術的發(fā)展，可以把下承式鋼板梁橋完全作為一個整體探討其整

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的經典教材，公路、鐵路規(guī)范以及相關文獻。概括鋼板梁橋穩(wěn)定性問題計算方法以及與之相關的研究內容。分別總結規(guī)范中對公路鋼板梁橋、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，總結有限元軟件MIDAS關于平板單元有限元方程，板單元施加荷載方法，板單元結果分析，單元之間的邊界條件與約束方程，應用有限元方法對結構進行彈性屈曲分析等內容，從而為

4、下承式鋼板梁橋利用有限元方法進行數值分析提供理論依據。
　　然后運用數值計算的手段，為保證結構在發(fā)生整體失穩(wěn)前不出現局部失穩(wěn)，參照規(guī)范對結構局部穩(wěn)定方面的規(guī)定，在規(guī)范規(guī)定的范疇內進一步分析下承式鋼板梁橋的細部構造對結構局部穩(wěn)定性產生的影響，從而得到滿足規(guī)范局部穩(wěn)定要求的有限元模型。
　　最后對滿足要求的有限元模型分別從有肱板和無肱板兩個方面進行整體穩(wěn)定性分析，探究宏觀失穩(wěn)模態(tài)下結構整體失穩(wěn)的臨界荷載，與規(guī)范規(guī)定的結構整體穩(wěn)定

5、內容進行計算匹配，從這兩個方面計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。
　　論文結論如下:
　　(1)對有無肱板這兩種情況下的下承式鋼板梁橋進行有限元分析后，得到的數據可知，當加上肱板以后，對于下承式鋼板梁橋這樣的僅由主梁與橋面系共同構成了一個敞口框架來說，進一步加強了它的穩(wěn)定性能，其一可以對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;其二可以起到橫聯的作用并減少或預防主梁的偏斜。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，并且相應所能承受的臨界荷載值有了一個較為明顯的提高，從未加設肱板時的238.78 kN，到加設肱板后的306.51 kN。臨界荷載值提升幅度為28％。
　　(2)對加設肱板的下承式鋼板梁橋的整體穩(wěn)定驗算中，從鐵路規(guī)范中算得的限值為270 MPa，而通過有限元計算得到的全橋最大彎曲應力為279.52 MPa。兩者進行比對可以得知，依據鐵路規(guī)范驗算得到的整體穩(wěn)定性是偏于保守的

7、，可以安全的應用在實際工程的相關檢算當中。由于規(guī)范中對于結構的整體穩(wěn)定性采用的是近似計算方法，所以通過對具體的結構進行有限元分析所得到的結果，進一步驗證了規(guī)范規(guī)定對于下承式鋼板梁橋整體穩(wěn)定性驗算的適用性。
　　(3)運用公路規(guī)范，算得的彎扭屈曲臨界彎矩為:Mcr,z=407.12kN.m，而根據有肱板的下承式鋼板梁橋有限元計算結果，并依據2.2.1節(jié)式(2.36)算得的彎扭屈曲臨界彎矩為:Mcr=388.42kN.m。結果對比公路