钢箱梁斜拉桥钢-聚氨酯正交异性夹层桥面板参数分析与优化

发布时间：2020-07-03 13:43

【摘要】：钢-聚氨酯正交异性夹层板(本文简称SPS夹层板)是以钢材为上下面板,选用聚氨酯作为芯层材料,通过热化学反应粘接的夹层结构体系。该种结构在国外已应用于桥面板新建、维修和加固等领域,但在国内应用较少,并且作为一种新型桥面板结构,目前国内外暂无相应设计规范。为此本文将其与斜拉桥钢箱梁相结合,采用多尺度建模方法展开分析,以研究其力学性能,主要工作如下:本文首先总结了SPS夹层板在国内外的应用和研究现状,然后对SPS夹层板力学理论基础进行了介绍,并采用Timoshenko能量法推导了四边简支的SPS夹层板受局部均布荷载作用时的弯曲应力,和受侧向压力作用时的临界屈曲应力。之后,基于韶关江湾大桥工程提取整桥中钢箱梁受力最不利节段,分别建立了普通桥面板和两种SPS夹层桥面板的钢箱梁节段模型,计算了三种模型在不同工况作用下的桥面板的应力和挠度。分析表明,SPS夹层桥面板满足受力要求,并且聚氨酯芯层有利于应力扩散;但保持钢板厚度不变情况下,增加聚氨酯芯层对减小桥面板应力作用有限,为此可以在增加芯层的同时适当减少U肋数量。此后,本文进一步建立桥面板子模型,分析了成桥受力状态下各参数变化对SPS夹层桥面板应力、挠度和稳定的影响。结果表明应力及挠度受钢面板厚度、U肋间距和横隔板间距影响较大,受芯层厚度、U肋高度和厚度影响较小。稳定分析表明,增加聚氨酯芯层有利于桥面板稳定,此外钢面板厚度、U肋数量和厚度增加也可提高桥面板稳定性能,而U肋高度增加则对稳定不利,横隔板间距对稳定影响较小。最后,本文简要阐述了优化设计的相关知识,并以成桥受力状态下的三跨SPS夹层桥面板作为优化对象,以桥面板总质量作为目标函数,在保证桥面板满足强度、刚度和稳定的条件下,分别利用随机搜索法、零阶方法和一阶方法对其参数进行了优化设计,得到了成桥受力状态下桥面板质量最小时的参数取值,为日后SPS夹层桥面板在斜拉桥中的应用提供参考。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U443.31
【图文】：

第一章 绪论1.1 引言近些年来，随着交通量的剧增和桥梁跨度的提高，尤其是大跨度桥梁的发展，钢箱梁结构由于自重轻、适用范围广、可预制施工等优点在国内外得到广泛的使用。传统钢箱梁结构的桥面板采用图 1-1 所示的正交异性钢桥面板，它是桥梁中直接承受车轮荷载的部分[1-2]。为满足变形和受力的要求，常焊有密集的纵、横向加劲肋，为此焊接工程量大焊缝多，应力集中明显，易产生焊缝疲劳开裂。研究表明焊缝疲劳开裂是正交异性钢桥面板主要病害之一，已经成为限制其发展的瓶颈问题[3-6]。为解决上述问题，近年来国外研究者发明了一种新型的钢-聚氨酯（Steel-Polyurethane-Steel）正交异性夹层板[7-10]（本文简称 SPS 夹层板）如图 1-2，被探索用来代替传统加劲肋密集的正交异性钢板用于桥梁中。

第一章 绪论1.1 引言近些年来，随着交通量的剧增和桥梁跨度的提高，尤其是大跨度桥梁的发展，钢箱梁结构由于自重轻、适用范围广、可预制施工等优点在国内外得到广泛的使用。传统钢箱梁结构的桥面板采用图 1-1 所示的正交异性钢桥面板，它是桥梁中直接承受车轮荷载的部分[1-2]。为满足变形和受力的要求，常焊有密集的纵、横向加劲肋，为此焊接工程量大焊缝多，应力集中明显，易产生焊缝疲劳开裂。研究表明焊缝疲劳开裂是正交异性钢桥面板主要病害之一，已经成为限制其发展的瓶颈问题[3-6]。为解决上述问题，近年来国外研究者发明了一种新型的钢-聚氨酯（Steel-Polyurethane-Steel）正交异性夹层板[7-10]（本文简称 SPS 夹层板）如图 1-2，被探索用来代替传统加劲肋密集的正交异性钢板用于桥梁中。

【参考文献】

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本文编号：2739733