大跨度斜拉桥扁平钢箱梁腹板极限承载力试验研究

摘要

斜拉桥扁平钢箱梁腹板是以受压为主的构件，与其他承受弯矩、剪力为主钢箱梁腹板的情况不同。加劲肋不仅起到防止腹板的局部屈曲的作用，而且与腹板共同承受压力。传统钢箱梁腹板的刚性加劲肋设计方法无法合理地反映以受压为主的腹板所需的加劲肋刚度，并且使得加劲肋尺寸过大。设计规范对扁平钢箱梁斜拉桥的腹板强度、局部稳定、构造以及计算方法也没有明确的规定，类似的实测资料也很少，其极限承载力的取值和设计计算方法的妥当性有必要通过实验与和弹塑性有限元分析进行验证。 本文以苏通大桥为工程背景。外腹板局部试件模型采用1：2.5缩尺，取自接近于塔根附近的标准节段。边界条件近似假设为四边简支连续板受力体系，模型设计考虑了剪应力的影响。加载试件采用3个一组。制作1个与加载试件完全相同的试件用于测试模型的残余应力。 通过对加载试件测量获得了初始变形的分布情况，采用切割法测试模型的残余应力，得到了腹板焊接残余应力的分布情况。通过加载试验，确认了外腹板的失稳模态、腹板构件屈服后性能以及极限承载力的取值。用弹塑性有限元模拟了试件的加载过程，结果比试验值低9％；按英国BS5400规范、日本《道路桥示方书》、美国AASHTO规范、换算压柱法以及Paik等的正交异性板法计算了模型的极限承载力并与试验值进行了比较。 文章进一步对单向轴压状态下纵向扁钢形加劲的加劲板受力行为进行了参数分析，分析结果表明：加劲肋面积比对加劲板极限承载力影响不大；加劲肋刚度较小情况下，纵向加劲肋根数多于2根(包括2根)时，加劲板极限承载力值相差不大，而1根情况极限承载力要高于多根情况；加劲肋刚度对加劲板极限承载力有着很显著的影响，随着加劲肋刚度的降低，加劲板极限承载力大幅下降。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

目录

文摘

英文文摘

学位论文版权使用授权书及同济大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1斜拉桥扁平钢箱梁腹板受力特点及稳定问题的重要性

1.1.1密索体系斜拉桥的发展及箱梁薄壁化使稳定问题更加突出

1.1.2斜拉桥扁平钢箱梁腹板构造型式、受力特点

1.2单轴向受压加劲板极限承载力问题研究现状

1.2.1加劲板受力行为研究

1.2.2加劲板极限承载力计算方法研究现状

1.3研究成果应用——各国规范现状

1.4本文研究的目的和主要内容

第2章单向轴压加劲板极限承载力计算方法

2.1英国BS5400计算方法

2.2日本《道路桥示方书·同解说》

2.3美国AASHTO

2.4换算压柱法

2.5 Jeom Kee Paik，Anil K.Thauamballi等的方法

2.5.1基本条件

2.5.2正交异性板非线性微分方程

2.5.3单向(x轴方向)均布压力作用下极限承载力公式

第3章扁平钢箱梁腹板试验

3.1试验模型设计

3.2试验模型材料强度试验

3.3试验模型初始变形测试

3.3.1测试方法与测点布置

3.3.2测试结果

3.4试验模型残余应力试验

3.5模型加载试验设备与方法

3.5.1测试内容与测点布置

3.5.2测试设备与方法

3.5.3加载方法

3.5.4试验结果

3.6理论分析

3.6.1有限元分析

3.6.2英国BS5400

3.6.3日本《道路桥示方书》

3.6.4美国AASHTO

3.6.5换算压柱法

3.6.6 Jeom Kee Paik，Anil K.Thayamballi等的方法

3.7小结

第4章有限元参数分析

4.1有限元模型

4.2参数设计

4.2.1参数选取

4.2.2参数有效性验证

4.3参数分析

4.3.1参数1——加劲肋根数的影响

4.3.2参数5——加劲肋刚度比的影响

4.4参数分析结论

第5章结论及展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献