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受压薄钢板局部屈曲问题是钢箱梁设计中的重要问题,历来受到钢结构力学工作者的高度重视。佛山平胜大桥是目前世界最大跨度(主跨350米)的钢箱梁独塔自锚式悬索桥,钢加劲梁受到的轴向压力大,局部屈曲问题突出。本文以平胜大桥为背景,对钢箱梁等的局部屈曲以及典型板件极限承载力、屈曲后强度进行研究和分析。钢箱梁由板件组成,钢箱梁的局部屈曲验算通常转化为具有不同嵌固系数的板件的屈曲问题验算。因此本文先讨论板件,再研究钢箱梁,具体工作如下:
(1)用能量法推导了压弯组合四边简支、单边固支和两边固支矩形板屈曲系数计算公式,以及轴心受压四边简支加劲板的屈曲临界应力计算公式,用ANSYS软件进行了验证,并进一步分析了加劲板中板件间的嵌固系数。
(2)将能量法推导的三种不同边界条件的矩形板屈曲系数公式进行拟合简化,得到了便于手算的形式。
(3)在上述理论研究的基础上,对中国《钢结构设计规范(GB50017-2003)》、英国《BritishStandardsInstitution:Steel,ConcreteandCompositeBridges》和日本《上部构造设计基准·及解说》等钢结构设计规范规定的钢箱梁及其板件的轴心受压局部屈曲验算的条文进行了分析比较,采其所长,结合理论研究成果,提出了较系统的轴心受压局部屈曲验算的规范条文。
(4)利用这些条文对轴心受压板件局部屈曲进行构造和应力验算。
(5)为验证规范条文和能量法推导的计算公式的正确性,对钢箱梁进行了模型试验及有限元分析。
(6)利用弧长法,计入初始变形和残余应力的影响,考虑了双重非线性,对平胜大桥钢箱梁典型板件进行了极限承载力和屈曲后强度分析。