混合钢U肋加劲板受压稳定性能与设计方法研究

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U肋加劲板是桥梁钢箱梁顶底板的主要受力构件。当U肋与母板采用不同强度等级钢材进行设计时可提高材料的使用效率,降低工程造价,这样的U肋加劲板称为混合钢U肋加劲板。在钢箱梁设计时,加劲板的受压稳定问题是设计的关键问题,而初始几何缺陷、残余应力、材料本构以及构件长细比等因素影响U肋加劲板受压稳定承载力。目前对这一方面的研究主要集中在等强钢U肋加劲板方面,对混合钢U肋加劲板还鲜有研究。为探究U肋加劲板受压局部稳定性能,按U肋腹板不同宽厚比设计6个U肋加劲板试验试件,被加劲板不同宽厚比分别设计4个U肋加劲板试验试件,在压力下,得到混合钢U肋加劲板的破坏模式、稳定承载力以及荷载位移曲线。同时建立板壳四边简支板有限元模型,模型考虑局部几何缺陷及残余应力的影响。试验结果与有限元结果吻合较好,证明了用四边简支板有限元模型来模拟U肋加劲板局部稳定是正确的。采用计入局部几何缺陷和残余应力的板壳有限元模型,对三种强度钢材的不同构造尺寸的四边简支板有限元模型进行受压稳定承载力计算,分别利用Perry和三次多项式进行拟合,得到被加劲板和U肋腹板的板件局部稳定折减系数。为探究U肋加劲板受压稳定性能,按不同结构尺寸、U肋与被加劲板不同强度组合共设计制作了 9个混合钢U肋加劲板试验试件。在轴向压力作用下,得到了混合钢U肋加劲板的破坏模式、稳定承载力以及荷载位移曲线。将试验试件截面低强钢部分等效为具有初始压应力的等强钢构件,并考虑试件焊接残余应力分布,探究了混合钢U肋加劲板受压稳定破坏机理。建立了受压混合钢U肋加劲板非线性有限元模型,模型中考虑了边界条件、初始几何缺陷和焊接残余应力对其受力性能的影响,试验结果与有限元结果吻合较好,证明了混合钢U肋加劲板受压稳定数值模拟方法的正确性。采用计入整体几何缺陷和残余应力的杆系有限元模型,对三种强度组合的(M420-U345、M345-U345、M345-U420)各294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肋加劲板整体稳定您折减系数。采用板壳模型,同时计入整体几何缺陷、局部几何缺陷、材料非线性和残余应力,计算不同强度组合、不同构造尺寸的受压混合钢U肋加劲板稳定承载力。综合前面分析的整体稳定系数和局部稳定系数,提出混合钢U肋加劲板受压稳定承载力计算公式。
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