钢桥塔典型开孔板的力学性能及补强方法-建筑与土木工程专业论文.docxVIP

万方数据 上海交通大学硕士学位论文 钢桥塔典型开孔板的力学性能及补强方法 摘 要 钢桥塔在桥梁工程中应用越来越广泛，但由于构造、施工、检修、 维护等需要，不可避免对其中某些受力板件进行开孔。钢板开孔将对 其力学性能产生不可忽略的影响，必要时需要采取措施对板件进行补 强。但是，已有研究对于钢桥塔开孔板件力学性能及其补强设计方法 的可借鉴成果却非常少。 本文针对钢桥塔中典型的长圆形通行孔和连续椭圆形过索孔，在 以试验结果为验证的基础上，采取解析推导和有限元分析相结合，对 两类典型开孔板件的应力集中系数和受压极限荷载进行研究，并进一 步围绕孔洞补强方法进行对比分析。主要研究工作和结论如下： （1）查阅国内外相关文献，介绍钢桥塔的技术发展和典型开孔问 题。总结国内外研究现状，并提出亟待解决的问题。 （2）简述两类典型开孔板件的受压试验，并对有限元分析方法进 行介绍。通过对比试验数据和有限元结果，验证有限元模型的准确性。 （3）采用弹性力学方法和数值计算方法对开长圆孔和开任意多个 椭圆孔无限大平面的孔边应力集中系数进行了解析推导，算例分析结 I  果与有限元解吻合良好；进一步基于有限元数值分析对有限大板几何 参数的影响进行研究，发现当板件长宽比大于某一临界值时，孔边应 力基本不受其影响，但 SCF 值随开孔率的增大而始终呈现非线性增长 趋势。通过在无限大平面计算结果的基础上引入板宽修正系数，拟合 得到了两类有限大开孔板的 SCF 计算公式，可用于实际工程中的应力 集中评估。 （4）介绍开方孔板件极限荷载的解析求法，并结合算例分析其适 用性。将长圆孔和椭圆孔等效成矩形孔，对两类开孔板件的弹塑性受 压极限强度进行了解析推导，并讨论了该方法对钢桥塔开孔板的适用 性。通过与有限元结果比较，确定了开长圆孔板和开椭圆孔板的合理 塑性铰线位置，并针对长宽比较大的板件提出了等效长宽比及其取值 公式。 （5）基于有限元分析，开展补强肋几何参数对补强后开孔板受压 极限强度的影响分析，并引入极限强度提高系数来表征和量化补强效 果。在补强肋高厚比固定的情况下，随着补强肋厚度不断增大，极限 强度提高系数与补强肋厚度基本呈线性关系，但当补强肋厚度增大至 某一值之后，极限强度提高系数则不再随补强肋厚度增大而提高。最 终通过数值拟合，提出了补强开孔板极限强度提高系数的计算公式， 可用于实际工程中的开孔板补强设计。 II  （6）对本论文的研究成果和所得结论进行总结，并对进一步研究 内容提出展望。 关键词：钢桥塔，开孔板，补强，应力集中系数，极限荷载 III  MECHANICAL BEHAVIORS AND STRENGTHENING METHODS OF TYPICAL PERFORATED PLATES IN STEEL PYLON ABSTRACT Steel pylons are widely used in recently erected Chinese bridges. In such pylons with box sections, cutouts are often provided for the purposes of construction, access and service. The presence of holes in such structures is expected to result in a change in mechanical behaviors of the plates. However, there is very little usable reference in existing literatures for the influences of such novel holes on mechanical behaviors of uniaxially compressed plates in steel pylons. This paper regards typical perforated plates in steel pylons, i.e. plates perforated by slotted holes and plates perforated by multiple elliptic holes, as research objects. Both analysis method and finite element method are used to investigate stress concentration factor and ultimate load of studied plates. Moreover, further researches ar