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原文传递钢桥中厚板件的力学问题研究

论文题名：	钢桥中厚板件的力学问题研究
关键词：	钢结构桥梁;中厚板件;层状撕裂;断面收缩率;极限承载力
摘要：	本文是在高等学校博士学科点专项科研基金项目“桥梁空间分析设计理论基础研究”(编号20050247029)资助下进行的，所做的主要工作包括：在查阅大量国内外文献的基础上，回顾了国内外钢结构桥梁的发展历史，介绍了中厚板在土木工程中的应用及其发展趋势，总结了钢桥中厚板研究中存在的一些问题，并指出本课题的研究目的和主要内容。系统总结了钢板层状撕裂的主要特征及其产生原因，并对国内外关于厚度方向性能钢板的规定及其评定方法做了详细介绍。针对导致层状撕裂的最主要内部原因——钢板性能，基于试验数据，深入分析了S含量、板厚、钢材强度、取样位置以及轧制工艺对钢板Z向断面收缩率的影响规律；针对导致层状撕裂的最主要外部原因——焊接应力，采用焊接专业软件SYSWLD，对常见焊接接头的Z向残余应力进行了有限元数值模拟，并就厚板效应、坡口形式、施焊顺序、约束条件以及焊接工艺等因素对钢板层状撕裂敏感性的影响展开了讨论。最后，从制造、加工、设计、检测以及补救等角度，全面提出了防止钢板层状撕裂的有效措施。总结了考虑横向剪切变形的中厚板弹性屈曲理论和计算方法，针对多种边界条件和不同宽厚比的完善矩形板，将中厚板理论解与薄板理论解对比分析。对箱形截面中的板件相关屈曲进行了深入探讨，给出了箱形截面考虑板件间局部相关屈曲的弹性屈曲应力计算方法和步骤。结合各国设计规范，对板件的临界宽厚比、最大宽厚比以及局部屈曲效应等重要问题进行了比对分析与讨论。分别从弹性屈曲系数和弹塑性极限承载力的角度，对开孔板的稳定性能进行了较深入的分析与探讨，研究参数包括宽厚比、长宽比、孔洞形状、孔洞位置、孔洞大小、孔洞数量以及钢材强度等。针对孔边围板、孔边贴板和孔边加劲这几种常见的孔洞补强措施，从补强效果和经济性方面，对比了这些措施的优劣利弊，并提出了有益的设计建议。基于整体屈曲模态Ⅰ，将加劲板等效成单块的各向异性板，根据板的大挠度理论方程，推导得到了小刚度加劲厚板的极限承载力计算公式，并与ANSYS有限元分析及其他文献结果进行对比，验证了公式的正确性。进一步以纵向设置Ⅰ形加劲肋的加劲板为对象，进行了极限承载力分析，得到了一些有益的结论。针对中厚板刚性加劲设计比较浪费材料的弊端，利用小刚度加劲厚板的极限承载力公式，基于非线性规划的优化理论，并利用MATLAB优化工具箱，对中厚板柔性加劲设计的优化方法进行了较深入研究。算例分析结果表明，与刚性加劲设计方法相比，在同样满足加劲板整体极限强度的条件下，中厚板采用柔性加劲设计之后所体现出来的经济性是很明显的，该方法可逐步在工程设计中推广应用。最后，对进一步工作的方向进行了展望。
作者：	程斌
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	肖汝诚
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：	2008
正文语种：	中文