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中空钢夹层桥面板的设计开发与受力性能研究
| 论文题名： | 中空钢夹层桥面板的设计开发与受力性能研究 |
| 关键词： | 中空夹层;正交异性;钢桥面板;粘接强度;等效弹性常数;受力性能 |
| 摘要： | 钢夹层板（Sandwich Plate System deck，简称SPS板）是近年来在船舶工程、土木工程等领域取得较广泛应用的新型组合结构，在桥梁工程中的应用方兴未艾。中空钢夹层板（Hollow SPS deck，简称HSPS板）是SPS板的一种改进形式，相比而言具有更高的承载效率和经济性能，在桥面板的应用上具有广泛的前景。国内外对HSPS板的研究还处于初始阶段，相应的研究文献较少，对其深入研究与推广应用是一个崭新的领域，尚存在大量未解决的问题。本文基于试验、理论分析以及数值模拟技术，对HSPS板的关键制造工艺、合理断面形式、简化分析方法及静力力学性能进行了研究，为HSPS板的理论、试验研究以及制造与设计提供借鉴。 本文首先对钢夹层板的关键制造工艺进行了试验研究，针对钢夹层板制造过程中的钢板表面处理工艺进行优化，试验结果表明在喷砂清洗后的钢板表面涂覆胶粘剂，能使钢板与聚氨酯弹性体间拉伸剪切强度显著提高，Chemlok-218胶粘剂能使两者产生较大的平均拉伸剪切强度，从而保证钢夹层板在使用过程中的可靠粘接，进一步提高钢夹层板的承载性能。 然后对HSPS板的合理断面形式进行了理论分析，给出HSPS板断面形式的概念方案，通过对不同概念方案的分析和比选，表明在无芯管方案中，竖向圆形中空方案具有较高的横向抗弯刚度和面板屈曲稳定性，芯层的受力也更合理;钢质芯管的插入能显著提高HSPS板的纵、横向抗弯刚度;在结构自重与原材料成本相近的前提下，矩形芯管相对圆形芯管对结构刚度的提高更明显。 再次，针对HSPS板的简化分析方法进行了探讨，首次将基于应变能等效的均匀化方法运用于HSPS板的等效弹性常数预测中，且在静、动力学问题求解中具有较高的精度;针对基于应变能等效的均匀化方法在实际使用中操作繁琐的问题，提出了基于材料力学分析方法与径向基函数(Radial Basis Function，RBF)神经网络相结合的简化算法。在此基础上，基于经典层合板理论，推导了HSPS板刚度问题的计算公式。 最后基于数值模拟技术，并结合具体的算例，对两类桥面系——HSPS板与正交异性钢桥面板(Orthotropic Steel Deck，OSD)——的静力力学性能进行了对比分析。HSPS板因其构造上的简易性，焊缝数量的大大减少，不仅能提高施工效率，而且能有效解决OSD桥面系疲劳等问题;计算表明，在纵、横梁与HSPS板的相交处材料应力较集中，而局部的补强措施有助于改善纵横梁支撑处HSPS板的应力集中程度;对HSPS板断面尺寸的参数分析可知，项板最大拉应力受芯层高度和体积缩减率的影响显著，底板最大压应力受芯层高度和体积缩减率的影响较弱。 |
| 作者： | 肖林 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李亚东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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