受压T形肋加劲板局部稳定性能与极限承载力研究

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在钢箱梁桥的受压翼缘、钢箱拱、钢塔以及钢管结构中,为防止板件的失稳,需采用加劲肋对其刚度进行加强。当结构压力较大时,往往采用比板肋刚度更大的T形加劲肋进行设计,进而也导致其稳定性能问题更加突出。目前国内外学者对T形肋加劲板受压稳定性能的研究较少,为了在钢桥设计中合理应用T形肋加劲板进行设计,本文采用试验研究与有限元分析相结合的方法,对T形肋加劲板的受压局部稳定性能及其计算方法进行研究。考虑T形肋加劲板的母板宽度、腹板高度和厚度以及翼缘的宽度和厚度变化,开展了13个Q345钢材强度和9个Q420钢材强度的焊接T形肋加劲板试件的受压局部稳定试验研究。研究表明,当T形肋加劲板发生子板件局部失稳时试件的轴向刚度会有明显降低,导致平均应力-应变曲线的斜率减小,表现出明显的非线性特征。当失稳子板件宽厚比相同时,材料强度越高,极限承载力折减得越大。当材料强度相同时,失稳子板件宽厚比越大,发生局部屈曲之后强度的提升空间越大。建立了计入局部初始几何缺陷和残余应力分布的局部稳定试验试件的有限元模型。有限元模型与局部稳定试验的破坏模式吻合较好,有限元计算得到的极限承载力略小于试验得到的极限承载力,平均相差不超过3.44%,验证了T形肋加劲板局部稳定有限元模型的正确性。基于经试验验证的有限元模型,分别对材料本构模型、焊接残余应力和局部初始几何缺陷等局部稳定影响因素进行分析。研究表明采用四折线本构模型和理想弹塑性本构模型的稳定系数结果与实际结果比较接近。采用两折线本构模型的曲线结果存在应力强化段,得到的稳定系数结果较大。随着失稳子板件宽厚比变大,计入简化残余应力后的板件局部稳定系数折减相对较大。当施加局部初始几何缺陷的位置位于最先发生局部失稳的子板件上时,板件局部稳定系数折减的较为明显。当所有板件均计入局部初始几何缺陷时的T形肋加劲板局部稳定系数最小。采用计入局部初始几何缺陷和焊接残余应力影响的有限元模型,对Q345和Q420两种钢材强度共194个不同构造尺寸的T形肋加劲板的受压稳定极限承载力进行了分析。利用三次多项式和Perry公式对稳定承载力计算结果进行拟合,提出了仅有单块子板件失稳时的局部稳定简化计算公式。将提出的T形肋加劲板局部稳定简化计算公式与各国规范曲线进行了对比。结果表明采用三次多项式拟合的曲线与有限元计算数据吻合较好,多项式公式曲线位于欧洲规范曲线的上方。采用Perry公式拟合的曲线在子板件宽厚比较大时逐渐与有限元计算数据发生偏离,Perry公式曲线介于我国钢桥规范曲线和美国规范曲线之间,并且与美国规范曲线较为接近。
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