连续梁聚氨酯—钢板复合材料正交异性桥面板静力及稳定性能分析
本文关键词：连续梁聚氨酯—钢板复合材料正交异性桥面板静力及稳定性能分析
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【摘要】：聚氨酯-钢板复合材料正交异性桥面板是用聚氨酯-钢板夹层结构替代普通钢桥面板的盖板,并且大量减少纵肋数量而成的一种新型桥面结构,目前在国外的桥面板新建、更换及维修加固中均有应用。由于该新型桥面板在国内尚未应用且缺失相应的研究,为此本文以有限元模拟为基础,对新型桥面板进行全桥复杂荷载工况下静力分析及局部模型稳定性能研究,揭示新型桥面板的受力性能特点,为其在国内的应用提供理论参考。首先,本文以现有研究理论为基础,介绍了夹层板概念、力学模型及稳定分析理论。随后,重点介绍了普通正交异性钢桥面板的基本理论、三大受力体系和稳定分析理论。其次,根据现有工程实例和钢箱梁设计规范,初步设计采用普通正交异性桥面板的三跨连续钢箱梁。在构造和受力响应符合规范要求的基础上,用新型桥面板替换连续钢箱梁的普通钢桥面板,分析新型桥面板在桥梁复杂荷载工况下的受力性能,并与普通正交异性钢桥面板进行对比。经分析计算,聚氨酯-钢板复合材料正交异性桥面板的力学性能可满足桥梁的安全和可靠性要求,在某些方面甚至优越于普通桥面板。再次,以桥面板体系理论为基础,从全桥模型中提取聚氨酯-钢板复合材料正交异性桥面板局部子模型,对子模型进行线弹性稳定分析和非线性稳定分析。结果表明,在纵肋数量几乎减少一半情况下新型桥面板的稳定性能还能与普通桥面板相当,其弹性稳定系数及稳定极限承载力均满足安全要求。材料弹塑性、几何非线性和初始缺陷对新型桥面板的极限承载力均有不同程度的影响,为安全考虑在设计中应全部考虑这些因素的影响。最后,讨论了夹层板钢板厚度、芯层厚度和纵肋数量等参数变化对新型桥面板的稳定性能的影响。经对比分析,得到了各参数对新型桥面板稳定性能的影响程度,为工程合理优化设计提供理论依据。总之,本文对聚氨酯-钢板复合材料正交异性桥面板的构造设计、全桥环境下静力分析以及稳定性能方面所做的研究工作,对新型桥面板的理论研究和工程应用均有重要的参考价值。
【关键词】：钢桥 聚氨酯 夹层板 正交异性桥面板 有限元 静力分析 稳定性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U444
【目录】：
- 摘要5-6
- Abstract6-11
- 第一章 绪论11-23
- 1.1 引言11-12
- 1.2 聚氨酯-钢板复合材料12-19
- 1.2.1 聚氨酯-钢板复合材料的制作13
- 1.2.2 聚氨酯-钢板复合材料的特点13-15
- 1.2.3 聚氨酯-钢板复合材料在工程上的应用15-19
- 1.3 聚氨酯-钢板复合材料在桥面板的应用研究现状19-20
- 1.4 本文主要内容及研究意义20-23
- 1.4.1 主要内容20-21
- 1.4.2 研究意义21-23
- 第二章 夹层板、正交异性钢桥面板一般理论23-39
- 2.0 引言23
- 2.1 夹层板理论23-27
- 2.1.1 现有的理论模型23-25
- 2.1.2 夹层板稳定分析理论25-26
- 2.1.3 夹层板失稳的类型26-27
- 2.2 正交异性钢桥面板理论27-33
- 2.2.1 正交异性钢桥面板的三大受力体系28
- 2.2.2 正交异性钢桥面板分析方法28-33
- 2.3 正交异性加劲板的稳定理论及失稳的类型33-37
- 2.3.1 正交异性加劲板稳定理论33-36
- 2.3.2 正交异性加劲板的失稳类型36-37
- 2.4 本章小结37-39
- 第三章 连续梁聚氨酯-钢板复合材料正交异性桥面板全桥模型分析39-59
- 3.1 引言39
- 3.2 连续钢箱梁初步设计39-42
- 3.2.1 桥跨布置39-40
- 3.2.2 尺寸拟定40-42
- 3.3 梁单元初步分析42-45
- 3.3.1 梁单元模型42-43
- 3.3.2 计算结果43-45
- 3.4 空间有限元精细化分析45-53
- 3.4.1 有限元模型建立45-47
- 3.4.2 约束模拟47-48
- 3.4.3 荷载模拟48-50
- 3.4.4 计算结果50-53
- 3.5 结果分析53-58
- 3.5.1 两类模型对比分析53-55
- 3.5.2 两类桥面板对比分析55-58
- 3.6 本章小结58-59
- 第四章 聚氨酯-钢板复合材料正交异性桥面板局部模型稳定性能分析59-85
- 4.1 引言59
- 4.2 子模型提取59-61
- 4.2.1 节段模型59-61
- 4.2.2 聚氨酯-钢板复合材料桥面板子模型61
- 4.3 弹性屈曲分析61-65
- 4.3.1 弹性屈曲有限元分析理论基础62
- 4.3.2 弹性稳定安全系数62-63
- 4.3.3 计算结果63-65
- 4.4 非线性屈曲分析65-76
- 4.4.1 几何非线性有限元方法65-66
- 4.4.2 材料非线性有限元方法66-68
- 4.4.3 考虑初始缺陷对稳定性能影响68
- 4.4.4 非线性失稳判别准则及稳定安全系数68-69
- 4.4.5 非线性有限元求解过程69-71
- 4.4.6 计算结果71-76
- 4.5 新型桥面板屈曲稳定性能参数分析76-84
- 4.5.1 夹层板钢板厚度对稳定性能的影响77-78
- 4.5.2 夹层板芯层厚度对稳定性能的影响78-80
- 4.5.3 纵肋数量对稳定性能的影响80-83
- 4.5.4 各参数影响程度对比分析及初步设计83-84
- 4.6 本章小结84-85
- 结论与展望85-88
- （一）结论85-86
- （二）研究展望86-88
- 参考文献88-92
- 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
- 致谢93-94
- 附件94
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