【摘要】：常洪大橋主橋采用自錨式懸索-斜拉協(xié)作體系,該橋主纜的矢跨比小、斜拉索水平角度小,主橋鋼箱梁在全橋范圍內(nèi)均承受很大的軸向壓力,導(dǎo)致鋼箱梁穩(wěn)定問(wèn)題較為突出。本文針對(duì)鋼箱梁的穩(wěn)定問(wèn)題,開展了鋼箱梁節(jié)段的穩(wěn)定模型試驗(yàn)與足尺加勁板件模型試驗(yàn),在試驗(yàn)分析與數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,提出了U型加勁板的穩(wěn)定承載力簡(jiǎn)化計(jì)算模型與計(jì)算方法,主要內(nèi)容如下:(1)總結(jié)了自錨式斜拉懸索協(xié)作體系橋及鋼箱梁正交異性板在橋梁工程中的發(fā)展歷史、應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的技術(shù)問(wèn)題,闡述了該橋型鋼箱梁節(jié)段穩(wěn)定問(wèn)題突出的原因。(2)以常洪大橋?yàn)楣こ瘫尘?在全橋有限元穩(wěn)定分析結(jié)果的基礎(chǔ)上選取最不利節(jié)段,設(shè)計(jì)制作了縮尺模型,縮尺比為1:4,模型尺寸為10.5×3.2×1.1m,設(shè)計(jì)了大噸位同步加載系統(tǒng),開展了鋼箱梁節(jié)段縮尺模型穩(wěn)定試驗(yàn),失穩(wěn)破壞荷載達(dá)21600kN,失穩(wěn)特征為2號(hào)箱室底板局部失穩(wěn),由于材料進(jìn)入塑性,為彈塑性局部失穩(wěn)。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,研究了結(jié)構(gòu)的受力情況,傳力規(guī)律以及破壞特征。試驗(yàn)方法及試驗(yàn)結(jié)果對(duì)鋼箱梁穩(wěn)定問(wèn)題的研究具有較大的參考意義。(3)在鋼箱梁節(jié)段模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開展了足尺加勁板穩(wěn)定試驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)了單肋、雙肋和三肋三組板件,分別按板件母板形心加載和按板件幾何形心加載,試驗(yàn)采用了數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù)。加勁板在軸壓穩(wěn)定試驗(yàn)中的失穩(wěn)特征均為端部加勁肋局部失穩(wěn),對(duì)比分析了母板與加勁肋在偏壓和軸壓作用下的受力情況。通過(guò)DIC技術(shù)發(fā)現(xiàn)加勁肋局部失穩(wěn)后,其承擔(dān)的軸力大部分會(huì)在失穩(wěn)位置處傳向母板,進(jìn)一步加載母板會(huì)在此處發(fā)生局部失穩(wěn)。(4)結(jié)合上述試驗(yàn),對(duì)U型加勁板及橫隔板的受力情況進(jìn)行深入分析,揭示了鋼箱梁節(jié)段和加勁板件的破壞機(jī)制。在鋼箱梁節(jié)段中加勁板的受力存在不同程度的偏心,隨著偏心距的增加,U肋的抗壓貢獻(xiàn)逐漸減弱。綜合節(jié)段模型試驗(yàn)和板件試驗(yàn)結(jié)果,分析認(rèn)為加勁板穩(wěn)定試驗(yàn)按板件母板形心加載更符合實(shí)際情況�？紤]材料非線性、初始幾何缺陷、殘余應(yīng)力,對(duì)加勁板和鋼箱梁節(jié)段模型極限承載力進(jìn)行了有限元分析,與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,并進(jìn)一步研究了初始偏心距對(duì)加勁板承載力的影響。(5)在此基礎(chǔ)上對(duì)U型加勁板穩(wěn)定承載力進(jìn)行理論分析,提出兩個(gè)計(jì)算模型:以加勁肋間母板為研究對(duì)象,將加勁肋簡(jiǎn)化為彈性約束,基于能量法,推導(dǎo)了非加載邊為彈性約束的軸向受壓板的臨界屈曲荷載計(jì)算公式,該臨界荷載為加勁板屈曲臨界荷載下限;以加勁板形心軸為參考軸,考慮加勁肋與母板共同承壓,推導(dǎo)了加勁板等效厚度計(jì)算公式,利用等效厚度可得到加勁板屈曲臨界荷載上限;采用數(shù)值模擬方法對(duì)理論公式進(jìn)行了驗(yàn)證,并開展了相關(guān)影響參數(shù)分析。
【圖文】：

論 研究背景隨著理論的發(fā)展、新材料的出現(xiàn)、計(jì)算仿真的不斷更新升級(jí)以及 BIM 技術(shù)的，橋梁工程的發(fā)展取得了許多令人注目的成績(jī)，傳統(tǒng)橋梁的設(shè)計(jì)、施工己成業(yè)在發(fā)展，橋梁跨度記錄不斷被刷新[1-3]。隨著一些受特殊地質(zhì)環(huán)境限制，亦或功能需求不同的橋梁工程的提出，國(guó)內(nèi)計(jì)專家或企業(yè)也在進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，以適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。這也使得體系橋梁應(yīng)運(yùn)而生[4-6]。其中，斜拉橋作為一種大跨徑橋梁的主要形式，與其合或協(xié)作形成的橋梁成為了新的發(fā)展方向。其中懸索-斜拉協(xié)作體系橋，兼具懸索橋體系各自的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，不僅提高了橋梁的跨越能力和自身的剛了整體的穩(wěn)定性，在降低索塔高度的同時(shí)，還可以減小錨錠的體積，使得結(jié)優(yōu)，經(jīng)濟(jì)效益明顯，橋型結(jié)構(gòu)圖見圖 1.1。

但對(duì)某些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)仍無(wú)法通過(guò)計(jì)算機(jī)很好地料的不均勻性、復(fù)雜而龐大的構(gòu)造細(xì)節(jié)等均因難以建立有效計(jì)算機(jī)求解。運(yùn)用模型試驗(yàn)可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算方法的有效性出復(fù)雜細(xì)節(jié)的受力狀態(tài)。只有把數(shù)值模擬技術(shù)和模型試驗(yàn)研好地推動(dòng)橋梁工程技術(shù)的發(fā)展[19]。托寧波常洪大橋工程，研究鋼箱梁節(jié)段穩(wěn)定試驗(yàn)方案，設(shè)同步加載系統(tǒng)，開展鋼箱梁節(jié)段縮尺模型穩(wěn)定試驗(yàn)研究。主橋采用自錨式懸索-斜拉協(xié)作半漂浮約束體系，主跨布置50m ， 邊 中 跨 比 值 為 0.36 ，， 整 個(gè) 主 橋 的 跨 徑 組20+75+75+50=820m，主橋全長(zhǎng) 820m。主塔塔高 60m，主梁 4.5m。在錨墩處為保證主纜有足夠的錨固空間，將主梁的結(jié)構(gòu)采用 Q345qD，對(duì)局部受力復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)采用 Q420qD 高 2.1所示。
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U446.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2706153