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原文传递正交异性板扁平钢箱梁若干问题研究

论文题名：	正交异性板扁平钢箱梁若干问题研究
关键词：	扁平钢箱梁;正交异性桥面板;焊接残余应力;构造设计;有限元分析
摘要：	正交异性板扁平钢箱梁最早的应用是英国1966年建成的Sevem桥，当时采用扁平钢箱梁的主要目的是为了改善大跨度悬索桥的抗风性能。扁平钢箱梁代替桁架梁被认为如同飞机工业中双翼飞机改进为单翼飞机的革命性变革。同时，正交异性板扁平钢箱梁保留了正交异性桥面板具有自重轻、刚度大、维护方便等优点，所以，继Sevem桥之后，法国、丹麦、土耳其、日本、中国等均将正交异性板扁平钢梁作为大跨缆索支承桥梁加劲梁的主要形式之一。事实上，正交异性板扁平钢箱梁适合于任何把自重和梁高作为重要指标的桥梁。近些年来，国内外已建成的扁平钢箱梁桥在运营过程中发现一些与结构、构造和制造工艺相关的重要问题，并且随服役时间的增长越来越突出。扁平钢箱梁的正交异性桥面板既有桥面系的功能，直接承受交通荷载，又构成横梁和纵梁的上翼缘，结构受力复杂；因剪力滞后效应、畸变翘曲、构造细节和焊接工艺造成的应力集中等原因，应力变化梯度大；而桥面系局部刚度不足也导致铺装层过早破坏。如果正交异性桥面板因疲劳或其它原因损坏而需要修复或者更换时，将十分困难。所以，有些国家的桥梁工程师一直谨慎使用正交异性桥面板作为扁平箱梁翼缘的结构形式。在美国，桥梁界从上个世纪 50 年代就开始深入、系统地研究正交异性板梁，而直到 2003 年建成的卡圭尼兹第三大桥才首次使用正交异性板扁平钢箱梁作为较大跨度悬索桥的加劲梁。可以看到，人们对正交异性板扁平钢箱梁的结构性能认识还不是非常统一和成熟，对相关问题有必要进行更深入的研究。本文以一座实桥的扁平钢箱梁为模型用有限元方法和ANSYS软件研究了正交异性板扁平钢箱梁的三个问题： 1．研究了节段正交异性板扁平钢箱梁受弯、受扭的力学性能。考察了钢箱梁顶板、底板和隔板等各个部分的应力分布特点和应力幅值，包括剪力滞效应、扭转翘曲正应力、斜底板以及箱形棱角处的应力水平，以期为确定主梁的钢材强度和其他力学性能提供依据，也为推测扁平钢箱梁的断裂危险部位提供依据，为分析整个桥梁建设的经济性提供参考； 2．研究了扁平钢箱梁U形肋与面板的焊接残余应力。在ANSYS程序中用热-结构顺序耦合的方法模拟己知焊缝熔合线的焊接产生的残余应力，以期为计算正交异性桥面板的极限承载能力提供重要的初始条件，同时为疲劳强度的分析提供有价值的应力幅，为使用寿命的预测提供参考； 3．研究了扁平钢箱梁正交异性桥面板的构造设计。主要研究了横隔板为使 U 形肋贯穿所开缺口的应力集中和 U 形肋内设置小隔板对改善桥面板受力的作用，以期为桥面板的抗疲劳设计提供依据，为精确计算桥面板的刚度和交通荷载作用下的位移提供依据，为桥面铺装相关研究和施工提供依据和参考。通过对上述问题的理论研究和ANSYS计算分析，得到一些结论和数据，以期对扁平钢箱梁强度设计、疲劳设计、制造安装、桥面铺装、运营维护和寿命评估等提供有价值的参考。
作者：	张陕锋
专业：	结构工程
导师：	郭正兴
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文