波形鋼腹板箱梁剪切屈曲特性

呂 梁，梁 斌，徐紅玉，趙 銳

(1.河南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023；2.中鐵十五局集團(tuán)有限公司一公司，陜西 西安 710018)

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波形鋼腹板箱梁剪切屈曲特性

呂 梁1，梁 斌1，徐紅玉1，趙 銳2

(1.河南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023；2.中鐵十五局集團(tuán)有限公司一公司，陜西 西安 710018)

研究了波形鋼腹板箱梁的剪切屈曲特性?；谟邢拊獢?shù)值模擬結(jié)合相關(guān)屈曲理論的方法，計(jì)算了波形鋼腹板的臨界屈曲應(yīng)力，并與相應(yīng)理論公式計(jì)算所得的各類屈曲應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)，改變波形鋼腹板的主要幾何參數(shù)尺寸，研究各種幾何參數(shù)對(duì)波形鋼腹板箱梁剪切屈曲性能的影響。研究結(jié)果表明：波形鋼腹板箱梁的臨界屈曲應(yīng)力與波高基本無(wú)關(guān)；波形鋼腹板的直板段水平長(zhǎng)度不應(yīng)設(shè)置過(guò)大，以防止結(jié)構(gòu)發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)；適當(dāng)增大波形鋼腹板的水平折疊角可以有效防止結(jié)構(gòu)發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)；增大腹板厚度可以有效提高結(jié)構(gòu)的抗屈曲性能，特別是抵抗局部屈曲失穩(wěn)的能力；腹板高度過(guò)高時(shí)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)。

波形鋼腹板箱梁；臨界屈曲應(yīng)力；有限元法；屈曲理論；幾何參數(shù)

0 引言

對(duì)于橋梁工程特別是大跨度橋梁而言，結(jié)構(gòu)自重已經(jīng)成為影響結(jié)構(gòu)安全性能的最重要因素。與傳統(tǒng)的混凝土腹板箱梁橋相比，波形鋼腹板箱梁橋大大降低了結(jié)構(gòu)自重，提高了預(yù)應(yīng)力的傳遞效率和材料的利用率，結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美。鋼腹板實(shí)現(xiàn)了工廠預(yù)制后在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，優(yōu)化了施工工藝并縮短了施工周期[1]。自20世紀(jì)80年代法國(guó)建成了世界上第1座波形鋼腹板箱梁橋之后，這種新型的結(jié)構(gòu)形式在國(guó)內(nèi)外逐漸開(kāi)始應(yīng)用。

波形鋼腹板與混凝土腹板最主要的不同在于，波形鋼腹板幾乎承受主梁上的全部剪力，且剪應(yīng)力大小沿梁高度方向近似相等[2]。在相關(guān)設(shè)計(jì)中，波形鋼腹板的相關(guān)幾何尺寸由鋼腹板的抗剪強(qiáng)度和剪切屈曲強(qiáng)度決定，即前者需要鋼腹板上的剪應(yīng)力小于所選鋼材的剪切設(shè)計(jì)強(qiáng)度，后者需要鋼腹板滿足相關(guān)的整體屈曲、局部屈曲和合成屈曲等相關(guān)要求。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了部分研究，取得了相應(yīng)的科研成果[3-12]。

本文以國(guó)內(nèi)第1座獨(dú)塔無(wú)背索波形鋼腹板箱梁部分斜拉橋采用的波形鋼腹板作為標(biāo)準(zhǔn)模型，采用有限元數(shù)值模擬結(jié)合相關(guān)屈曲理論的方法，計(jì)算了波形鋼腹板的臨界屈曲應(yīng)力，并與相應(yīng)理論公式計(jì)算所得的臨界整體屈曲應(yīng)力、臨界局部屈曲應(yīng)力以及臨界控制屈曲應(yīng)力結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)，改變波形鋼腹板的主要幾何參數(shù)尺寸，研究各種幾何參數(shù)對(duì)波形鋼腹板箱梁剪切屈曲性能的影響。通過(guò)以上研究得出相應(yīng)的力學(xué)規(guī)律，為今后類似的工程實(shí)踐提供一定的參考。

1 工程背景與波形鋼腹板相關(guān)屈曲理論

1.1 工程背景

本工程為國(guó)內(nèi)第1座獨(dú)塔無(wú)背索波形鋼腹板箱梁部分斜拉橋，整橋全長(zhǎng)228 m，其中，主橋部分共3跨，長(zhǎng)度為(30+70+30) m，共計(jì)130 m。大橋橋面寬度為50 m。大橋主梁結(jié)構(gòu)采用波形鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁，其中，上頂板與下底板選用C50混凝土，波形鋼腹板選用Q345qC型鋼材，其彈性模量E=206 GPa，泊松比μ=0.3，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=180 MPa。波形鋼腹板的主要幾何參數(shù)及尺寸如下：

一個(gè)周期波形鋼腹板的水平總長(zhǎng)度l=1 200 mm，波形鋼腹板的直板段水平長(zhǎng)度a=330 mm，斜板段水平長(zhǎng)度c=270 mm，波高h(yuǎn)=200 mm，水平折疊角β=36.5°，板厚t=12 mm，腹板高度hw=1.5 m。波形鋼腹板的幾何參數(shù)如圖1所示。

圖1 波形鋼腹板的幾何參數(shù)

1.2 波形鋼腹板屈曲理論

由于實(shí)際工程中的波形鋼腹板較薄，因此其屈曲問(wèn)題需要特別關(guān)注。波形鋼腹板的屈曲通常包括整體屈曲、局部屈曲以及合成屈曲3種形式。根據(jù)經(jīng)典彈性理論，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于波形鋼腹板而言，當(dāng)其水平折疊角β較小時(shí)易發(fā)生整體屈曲，當(dāng)β較大時(shí)易發(fā)生局部屈曲[6]。

根據(jù)鐵木辛柯公式可以推導(dǎo)出波形鋼腹板內(nèi)任一直板段兩折點(diǎn)間的局部屈曲應(yīng)力為[13]：

(1)

式中：k為局部屈曲系數(shù)，可按照四邊簡(jiǎn)支取k=5.35；E為鋼腹板所選用鋼材的彈性模量；μ為所選鋼材的泊松比；t為波形鋼腹板的板厚；a為波形鋼腹板直板段的水平長(zhǎng)度。

根據(jù)Easley公式可以推導(dǎo)出波形鋼腹板的整體屈曲應(yīng)力為[12]：

(2)

式中：k表示整體屈曲系數(shù)，可按照四邊簡(jiǎn)支取k=31.6；E為鋼腹板所選用鋼材的彈性模量；t為波形鋼腹板的板厚；a為波形鋼腹板直板段的水平長(zhǎng)度；β為波形鋼腹板的水平折疊角；hw為波形鋼腹板的腹板高度。

根據(jù)國(guó)外相關(guān)學(xué)者的屈曲應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，波形鋼腹板的合成屈曲應(yīng)力(τcr,i)、整體屈曲應(yīng)力(τcr,g)和局部屈曲應(yīng)力(τcr,l)這三者之間的關(guān)系為[13]：

(3)

從式(1)～式(3)可以看出：對(duì)于同一種材料，在一定的邊界條件下，波形鋼腹板的局部屈曲應(yīng)力取決于板厚t和直板段的水平長(zhǎng)度a這兩個(gè)因素；其整體屈曲應(yīng)力取決于板厚t、直板段的水平長(zhǎng)度a、水平折疊角β和腹板高度hw共4個(gè)因素；其合成屈曲應(yīng)力小于局部屈曲應(yīng)力與整體屈曲應(yīng)力，因此，以合成屈曲應(yīng)力作為設(shè)計(jì)時(shí)的控制應(yīng)力是偏于保守的。但是在實(shí)際工程中，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲時(shí)的應(yīng)力通常要小于理論公式的計(jì)算應(yīng)力，同時(shí)為了使結(jié)構(gòu)具有較大的安全儲(chǔ)備以減小在某些偶然荷載下對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞與損失，通常用結(jié)構(gòu)的合成屈曲應(yīng)力除以安全因數(shù)n作為結(jié)構(gòu)的控制屈曲應(yīng)力τcr，可取n=1.5，即有：

(4)

將波形鋼腹板選用的材料參數(shù)值E=206 GPa，μ=0.3代入式(1)和式(2)，同時(shí)屈曲系數(shù)仍按四邊簡(jiǎn)支情形考慮，局部屈曲應(yīng)力與整體屈曲應(yīng)力公式可簡(jiǎn)化為式(5)和式(6)，而合成屈曲應(yīng)力與控制屈曲應(yīng)力仍按照式(3)和式(4)計(jì)算。

(5)

(6)

2 有限元數(shù)值模擬

新密市溱水路大橋主跨為70m，在有限元計(jì)算中，主要考查主跨部分波形鋼腹板箱梁的屈曲特性，故建立主跨部分箱梁的簡(jiǎn)化空間有限元模型。其中，X軸代表橫橋向，Y軸代表豎橋向，Z軸代表縱橋向。模型的縱橋向總長(zhǎng)為70 m。在建模時(shí)為了減少不必要的計(jì)算量，同時(shí)便于有限元網(wǎng)格的劃分，可將箱梁混凝土頂板與底板設(shè)置為等厚度，這是因?yàn)榛炷辽舷掳宓暮穸戎粫?huì)對(duì)其本身的應(yīng)力分布產(chǎn)生影響，而對(duì)波形鋼腹板的抗剪與屈曲性能產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)[13]。結(jié)合工程圖紙實(shí)際尺寸，將上頂板厚度設(shè)置為25 cm，下底板厚度設(shè)置為35 cm。由于結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，取上頂板寬度為溱水路大橋橋面寬的1/2，即為25 m，下底板寬度與工程實(shí)際尺寸完全一致，為10 m。波形鋼腹板的相關(guān)幾何尺寸全部按照前文敘述的大橋所采用的波形鋼腹板的實(shí)際幾何尺寸進(jìn)行建模。此外，由于實(shí)際橋梁中的橫隔板對(duì)波形鋼腹板箱梁的剪切屈曲性能幾乎沒(méi)有影響[14]，因此在該有限元模型中不加入橫隔板。為了計(jì)算的精確性，在有限元模型中，混凝土上下板采用Solid65單元，該單元通過(guò)添加單元實(shí)常數(shù)反映混凝土板的配筋率；波形鋼腹板采用Solid185單元。有限元模型中所有單元均設(shè)置為線性單元。整個(gè)模型共計(jì)單元161 880個(gè)，節(jié)點(diǎn)58 592個(gè)。

在計(jì)算結(jié)構(gòu)的屈曲性能時(shí)，由于工程實(shí)際中結(jié)構(gòu)通常處于彈性受力階段(實(shí)際工程結(jié)構(gòu)通常不允許出現(xiàn)屈服)，同時(shí)為了減小計(jì)算量，故主要研究結(jié)構(gòu)的特征值屈曲性能(線性屈曲)，不考慮結(jié)構(gòu)的非線性特征和初始缺陷。由屈曲分析所提取到的特征值實(shí)際上是臨界屈曲荷載系數(shù)，而實(shí)際的臨界屈曲荷載等于該系數(shù)乘以所施加的荷載值，即在對(duì)結(jié)構(gòu)施加單位荷載時(shí)所得的特征值大小即為實(shí)際的屈曲載荷，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值即為結(jié)構(gòu)的臨界屈曲應(yīng)力。在提取特征值時(shí)，通常只需提取第1階特征值，同時(shí)為使計(jì)算結(jié)果具有較高的精度，特采用子空間迭代法求解。為了更好地與前文描述的理論公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，將有限元模型的邊界條件設(shè)置為兩端簡(jiǎn)支。所施加荷載為單位集中荷載，作用于梁的跨中，以使整個(gè)箱梁各截面的剪力大小都相同，更加有利于確定臨界屈曲應(yīng)力的大小[14]。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)有限元模型的臨界屈曲應(yīng)力

通過(guò)有限元軟件計(jì)算該波形鋼腹板箱梁的特征值臨界屈曲應(yīng)力，并通過(guò)相應(yīng)理論公式分別計(jì)算其局部屈曲應(yīng)力τcr,l、整體屈曲應(yīng)力τcr,g、合成屈曲應(yīng)力τcr,i以及控制屈曲應(yīng)力τcr。將有限元計(jì)算結(jié)果與控制屈曲應(yīng)力τcr的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，相關(guān)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)模型的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 MPa

從表1可以看出：波形鋼腹板箱梁標(biāo)準(zhǔn)模型的屈曲應(yīng)力有限元計(jì)算值與通過(guò)理論公式計(jì)算的控制屈曲應(yīng)力τcr的數(shù)值相比相差很小，且計(jì)算結(jié)果均大于Q345qC型鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(fv=180 MPa)，即該橋波形鋼腹板箱梁的抗剪要求由fv決定。在大橋承受合理荷載的情況下，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生屈曲失穩(wěn)破壞，說(shuō)明了該橋箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。

3.2 波高對(duì)波形鋼腹板箱梁的臨界屈曲應(yīng)力的影響

改變波高h(yuǎn)的尺寸，分別取h為100 mm、150 mm、200 mm(原始尺寸)、250 mm和300 mm，顯然斜板段水平長(zhǎng)度c的尺寸會(huì)隨h相應(yīng)變化。同時(shí)，保持波形鋼腹板的其他幾何參數(shù)尺寸不變，通過(guò)有限元數(shù)值模擬以及理論公式計(jì)算模型相應(yīng)的臨界屈曲應(yīng)力。有限元計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同波高下模型的臨界屈曲應(yīng)力有限元值計(jì)算結(jié)果

從表2可以看出：隨著波高h(yuǎn)的增大，模型的臨界屈曲應(yīng)力有限元計(jì)算值只是略微減小，其整體變化幅度基本可以忽略；而通過(guò)以上理論公式可知相應(yīng)屈曲應(yīng)力理論值與波高h(yuǎn)無(wú)關(guān)。綜上所述，波形鋼腹板箱梁的臨界屈曲應(yīng)力與波高h(yuǎn)基本無(wú)關(guān)。從計(jì)算結(jié)果可以看出：不同波高h(yuǎn)下模型的臨界屈曲應(yīng)力均大于鋼材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv，對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用的依然為fv。而且當(dāng)波高h(yuǎn)增大時(shí)，相應(yīng)的斜板段水平長(zhǎng)度c也會(huì)隨之增大，這樣會(huì)導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，增加工程造價(jià)。故在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，波形鋼腹板的波高h(yuǎn)設(shè)置不宜過(guò)大即可保證安全和提高材料的利用率。

3.3 直板段長(zhǎng)度對(duì)波形鋼腹板箱梁的臨界屈曲應(yīng)力的影響

增大直板段水平長(zhǎng)度a的尺寸，分別取a為330 mm(原始尺寸)、390 mm、450 mm、510 mm、570 mm、630 mm和690 mm。同時(shí)，保持波形鋼腹板的其他幾何參數(shù)尺寸不變，通過(guò)有限元數(shù)值模擬以及理論公式計(jì)算模型相應(yīng)的臨界屈曲應(yīng)力。相關(guān)的計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出：隨著直板段水平長(zhǎng)度a的增大，波形鋼腹板的局部屈曲應(yīng)力理論值急劇減小，導(dǎo)致其控制屈曲應(yīng)力理論值隨之減小。且通過(guò)式(6)可知：其整體屈曲應(yīng)力理論值極大，結(jié)構(gòu)完全不會(huì)發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)破壞。當(dāng)a=690 mm時(shí)，其控制屈曲應(yīng)力理論值已經(jīng)十分接近鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv，此時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性能即將由屈曲應(yīng)力控制，應(yīng)特別注意防止結(jié)構(gòu)發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)。模型的有限元計(jì)算結(jié)果與控制屈曲應(yīng)力τcr在數(shù)值上較為接近，說(shuō)明了結(jié)果的合理性。因此，在實(shí)際工程中為防止結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲失穩(wěn)，同時(shí)具有較大的安全儲(chǔ)備，波形鋼腹板的直板段水平長(zhǎng)度為300～550 mm最為適宜。在合理的腹板厚度下，其直板段水平長(zhǎng)度不宜設(shè)置過(guò)大，切不可大于700 mm。

3.4 合理腹板高度下水平折疊角對(duì)波形鋼腹板箱梁的臨界屈曲應(yīng)力的影響

在一般的波形鋼腹板箱梁結(jié)構(gòu)中，腹板的合理高度通常為1.5～2.5 m。分別設(shè)置腹板高度hw為1.5 m(原始尺寸)、2.0 m和2.5 m，對(duì)應(yīng)3種腹板高度均減小水平折疊角β的角度，分別取β為36.5°(原始角度)、30.0°、25.0°、20.0°、15.0°、10.0°和5.0°。顯然斜板段水平長(zhǎng)度c與波高h(yuǎn)的尺寸會(huì)隨β相應(yīng)變化。同時(shí)，保持波形鋼腹板的其他幾何參數(shù)尺寸不變，通過(guò)有限元數(shù)值模擬以及理論公式計(jì)算模型相應(yīng)的臨界屈曲應(yīng)力。相關(guān)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3～圖5。

圖3 hw=1．5m臨界屈曲應(yīng)力隨β的變化規(guī)律 圖4 hw=2．0m臨界屈曲應(yīng)力隨β的變化規(guī)律

從圖3可以看出：當(dāng)腹板高度固定在hw=1.5 m時(shí)，隨著水平折疊角β的減小，波形鋼腹板的整體屈曲應(yīng)力理論值急劇減小，導(dǎo)致其控制屈曲應(yīng)力理論值隨之減小。且通過(guò)式(5)可知：其局部屈曲應(yīng)力較大且與β無(wú)關(guān)，結(jié)構(gòu)完全不會(huì)發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)破壞。當(dāng)β=5.0°時(shí)，波形鋼腹板的幾何形狀愈發(fā)接近平鋼腹板，其控制屈曲應(yīng)力理論值已經(jīng)小于鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv，此時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性能由屈曲應(yīng)力控制，應(yīng)特別注意防止結(jié)構(gòu)發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)。模型的有限元計(jì)算結(jié)果與控制屈曲應(yīng)力τcr在數(shù)值上較為接近，說(shuō)明了結(jié)果的合理性。故在實(shí)際工程中，為防止結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲失穩(wěn)，同時(shí)具有較大的安全儲(chǔ)備，波形鋼腹板的水平折疊角β切不可過(guò)小。

類似地，圖4和圖5反映出的力學(xué)規(guī)律與圖3基本相同，只是隨著腹板高度hw的增大，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲失穩(wěn)的臨界水平折疊角β會(huì)變大。因此，在設(shè)計(jì)波形鋼腹板的水平折疊角β時(shí)，應(yīng)結(jié)合事先設(shè)計(jì)好的箱梁高度(腹板高度hw)進(jìn)行綜合考慮。

3.5 腹板高厚比對(duì)波形鋼腹板箱梁的臨界屈曲應(yīng)力的影響

根據(jù)經(jīng)典力學(xué)理論，高厚比愈大的工程結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性問(wèn)題愈發(fā)突出。對(duì)于波形鋼腹板而言，需要對(duì)其高厚比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)避免結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲失穩(wěn)破壞。改變腹板高厚比可以分別通過(guò)改變腹板的厚度t或高度hw來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)以上兩種方式增大波形鋼腹板的高厚比，同時(shí)保持其他幾何參數(shù)尺寸不變，通過(guò)有限元數(shù)值模擬以及理論公式計(jì)算模型相應(yīng)的臨界屈曲應(yīng)力。相關(guān)的計(jì)算結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6 hw=1.5 m臨界屈曲應(yīng)力隨高厚比的變化規(guī)律 圖7 t=12 mm臨界屈曲應(yīng)力隨高厚比的變化規(guī)律

從圖6可以看出：保持原工程模型的腹板高度hw不變，通過(guò)減小其厚度t來(lái)增大其高厚比。隨著高厚比的增大，波形鋼腹板的整體屈曲應(yīng)力理論值雖有所減小，但其值仍然很大，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)。其局部屈曲應(yīng)力理論值顯著減小，導(dǎo)致其控制屈曲應(yīng)力理論值隨之減小。當(dāng)hw/t=375時(shí)，其控制屈曲應(yīng)力理論值已經(jīng)不足100 MPa，其值已經(jīng)低于鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv，此時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性能由屈曲應(yīng)力控制，應(yīng)特別注意防止結(jié)構(gòu)發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)。模型的有限元計(jì)算結(jié)果與控制屈曲應(yīng)力τcr在數(shù)值上較為接近，說(shuō)明了結(jié)果的合理性。因此，在實(shí)際工程中，在合理的腹板高度下，波形鋼腹板的厚度一般不能低于6 mm，同時(shí)考慮到安全儲(chǔ)備和材料利用率，其厚度為8～12 mm最為適宜。

從圖7可以看出：保持原工程模型的腹板厚度t不變，通過(guò)增大其高度hw來(lái)增大其高厚比。隨著高厚比的增大，波形鋼腹板的局部屈曲應(yīng)力理論值保持不變，且其值較大，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)。其整體屈曲應(yīng)力理論值急劇減小，導(dǎo)致其控制屈曲應(yīng)力理論值隨之減小。當(dāng)hw/t=450時(shí)，其控制屈曲應(yīng)力理論值已經(jīng)低于鋼材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv，此時(shí)結(jié)構(gòu)的安全性能亦由屈曲應(yīng)力控制，應(yīng)特別注意防止結(jié)構(gòu)發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)。模型的有限元計(jì)算結(jié)果與控制屈曲應(yīng)力τcr在數(shù)值上較為接近，說(shuō)明了結(jié)果的合理性。因此，在實(shí)際工程中，在合理的腹板厚度下，為防止結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞，同時(shí)不浪費(fèi)材料，波形鋼腹板的高度一般不能超過(guò)5 m。

綜合圖6和圖7可知：當(dāng)結(jié)構(gòu)具有相同的高厚比時(shí)，兩種改變鋼腹板高厚比的方式對(duì)結(jié)構(gòu)屈曲性能的影響機(jī)理具有顯著的差異，增大腹板厚度可以有效提高結(jié)構(gòu)的抵抗局部屈曲失穩(wěn)的能力，而降低腹板高度可以有效提高結(jié)構(gòu)的抵抗整體屈曲失穩(wěn)的能力。

4 結(jié)論

(1)波形鋼腹板箱梁的臨界屈曲應(yīng)力與波高基本無(wú)關(guān)。

(2)在波形鋼腹板的直板段設(shè)計(jì)過(guò)程中，要特別注意防止結(jié)構(gòu)發(fā)生局部屈曲失穩(wěn)，不應(yīng)把直板段水平長(zhǎng)度設(shè)置的過(guò)大。

(3)在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可適當(dāng)增大波形鋼腹板的水平折疊角，可以有效防止結(jié)構(gòu)發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)，同時(shí)水平折疊角的設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合腹板高度綜合考慮。

(4)增大腹板厚度可以有效提高結(jié)構(gòu)的抗屈曲性能特別是抵抗局部屈曲失穩(wěn)的能力。

(5)當(dāng)腹板高度過(guò)高時(shí)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生整體屈曲失穩(wěn)，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意。

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河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)基金項(xiàng)目(082102230026)

呂 梁(1988-),男,河南洛陽(yáng)人,碩士生;梁 斌(1963-),男,河南洛陽(yáng)人,教授,博士,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)的非線性分析.

2014-11-24

1672-6871(2015)03-0070-06

U448.27

A