大跨度鋼橋極限承載力計算理論與試驗研究.pdf

1、我國在大跨度鋼橋建設(shè)上某些指標已經(jīng)趕超世界先進水平，但基礎(chǔ)理論研究卻落后較多，嚴重滯后于工程實踐。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)問題進行深入的理論研究和模型試驗。20世紀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，也說明應(yīng)按極限承載力理論來

2、指導設(shè)計。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，而且可以了解橋梁結(jié)構(gòu)的破壞形式，準確地知道結(jié)構(gòu)在給定荷載下的安全儲備和超載能力，為其安全施工和營運管理提供依據(jù)和保障。
　　 本文在總結(jié)和吸取前人對橋梁結(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)值計算相結(jié)合的方法，對板、板鋼結(jié)構(gòu)的極限承載力進行了全面、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)和評述：在對橋梁穩(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)為攝動參數(shù)，將殘余應(yīng)力等效為邊界荷載，將實用板(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數(shù)據(jù)對比分析驗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可能造成塑性佯謬的原因進行了全面的總結(jié)。采用數(shù)值方法，對比分析了塑性增量理論和塑性全量理論對受壓板塑性屈曲的影響，并對可能造成塑性佯謬的原因進行了分析和對比。根據(jù)對塑性屈曲試驗的精細

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。通過對受壓寬板的極限承載力分析驗證了統(tǒng)一公式的適用范圍；對簡支板在均勻受剪、非均勻荷載和復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)值方法的對比驗證了統(tǒng)一公式的完備性，并給出了適用于復雜板鋼結(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)果與試驗的對比，驗證了

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)計方法研究：回顧了我國公路鋼橋設(shè)計理論的發(fā)展和現(xiàn)狀，通過國內(nèi)外主要鋼橋設(shè)計規(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)計方法和目標可靠度指標建議值。開發(fā)了基于Ansvs軟件的隨機非線性有限元方法，采用該方法分析了板鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)隨機性對承載力的影響，得出了板鋼結(jié)構(gòu)極限承載力概率設(shè)計的分項系數(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)討論了初始缺陷對鋼壓桿承載力的影響；對偏心壓桿的控制方程進行解析分析，得出雙模量理論解高于試驗值的直接原因；對鋼壓桿極限承載力進行概率分析，得出了鋼壓桿穩(wěn)定極限承載力概率設(shè)計的分項系數(shù)。
　　 8.試驗驗證：以珠江黃埔大橋施工穩(wěn)定性的試驗研究為依托，通過扁平鋼箱梁節(jié)段試驗研究了大跨度斜拉橋施工吊裝階段橫隔板的穩(wěn)定性，并通過局部試驗研究了桁架式縱隔板的力學性能