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U肋加劲板焊接残余应力与受压稳定计算方法研究
| 论文题名： | U肋加劲板焊接残余应力与受压稳定计算方法研究 |
| 关键词： | 受压U肋加劲板;稳定承载力;焊接残余应力;初始几何缺陷;斜拉桥;扁平钢箱梁 |
| 摘要： | 刚度大、抗扭性能好的闭口U肋加劲板被广泛应用于大跨度钢箱梁斜拉桥和悬索桥等.由于斜拉桥结构体系的受力特点，主梁将承受较大的轴力和较小的弯矩作用，设计中必须考虑结构体系和钢箱梁U肋加劲板的稳定问题。随着斜拉桥跨径不断增大，主粱自重迅速增加，为了减小自重钢箱梁用钢必然向高强钢材发展。U肋加劲板受压稳定承载力受几何缺陷、残余应力、材料本构关系等因素的影响，目前，关于这方面的研究还不够完善，对U肋加劲板受压稳定承载力的设计计算方法研究不多。 基于焊接温度场和应力场的数值模拟方法进行了U肋加劲板的焊接残余应力计算，对加劲板不同构造尺寸、焊接热输入、钢材强度(屈曲强度分别为345MPa、420MPa、485MPa和690MPa钢材)等残余应力大小和分布的影响因素进行了分析，得到了U肋加劲板焊接残余应力分布及U肋板厚与焊接残余拉应力分布的关系，提出了U肋加劲板焊接残余应力分布的简化近似公式。 探讨了U肋加劲板有限元计算模型对钢箱梁抗压承载力计算结果的影响。研究了构件整体几何缺陷、板件局部几何缺陷、焊接残余应力、材料本构模型变化对U肋加劲板受压稳定承载力的影响。 采用计入整体几何缺陷和残余应力的杆系有限元模型，对四种强度钢材(屈服强度为345MPa、420MPa、485MPa和690MPa)各120个不同构造尺寸的U肋加劲板计算模型的受压稳定承载力进行分析，根据计算结果利用Perry公式拟合出U肋加劲板整体稳定折减系数。采用计入局部几何缺陷和残余应力的板壳有限元模型，对四种强度钢材各37个不同构造成尺寸的四边简支板进行受压稳定承载力计算，分别利用Perry公式和三次多项式进行拟合，得到U肋加劲板母板和U肋腹板的板件局部稳定折减系数。在此基础上，提出了U肋加劲板受压稳定承载力的计算公式。最后，提据本文提出的计算方法得到的整体稳定折减系数和局部稳定折减系数与国外相关规范进行了比较。 针对主跨分别为1088m、1400m两种跨径的钢箱梁斜拉桥试设计方案，采用本文提出的受压稳定承载力公式计算稳定对U肋加劲板承载力的影响，基于钢主梁设计应力与钢材屈服应力比值相等的原则，研究了采用屈服强度分别为345MPa、420MPa、485MPa和690MPa四种不同强度钢材(桥梁用钢Q345、Q420和高性能钢HPS70W、HPS100W)对钢箱梁自重和桥梁建造成本的影响。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。 |
| 作者： | 赵秋 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 吴冲 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学土木工程学院 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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