《鋼橋塔典型開孔板件的力學性能及其補強方法研究》是依託上海交通大學，由程斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鋼橋塔典型開孔板件的力學性能及其補強方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：程斌
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋼板開孔將對其力學性能產生不可忽略的影響，必要時需要採取孔洞補強措施以滿足使用和安全要求。鋼橋塔板件開孔有其自身特點，目前對於鋼橋塔典型開孔板件的力學性能以及常用補強方法的補強效果尚不明確，國內規範條文也無相應規定。本項目以開長圓孔鋼板和開連續橢圓孔鋼板這兩類典型的鋼橋塔開孔板為對象，採用試驗研究和數值模擬相結合的方法，圍繞應力集中、彈性屈曲以及彈塑性屈曲等關鍵力學性能開展研究，得到開孔參數和補強參數對不同類型開孔板的定量影響規律，明確各種常用孔洞補強方法的補強效果及其最優適用範圍；進一步以解析推導為基礎，數值擬合為輔助，試驗數據為驗證，導出兩類開孔板件在補強前後的關鍵力學性能指標的計算公式。研究成果可為制定、完善相關的規範條文提供科學依據，並用於指導工程設計與施工，對於確保結構安全、提高工程質量具有重要的理論意義和工程實用價值，有利於促進我國鋼橋塔技術的進一步發展。
結題摘要
本項目針對鋼橋塔中的兩類典型開孔板件（即人員檢修通行用的開長圓孔板和拉索錨固區的開連續橢圓孔板）的力學性能及其孔洞補強方法開展研究，主要研究內容和結論包括以下方面： (1) 對127塊開孔板件（包括未補強板和補強板）進行了面內受壓試驗。試驗採用自行設計的載入裝置，以同時滿足板件四邊面外簡支約束條件和板件面內單軸均勻壓縮載入條件。結果發現：長圓孔最大應力集中出現在圓弧與直線段相交處，連續橢圓孔最大應力集中出現在橢圓短軸端點；彈塑性受壓極限強度均隨開孔率增大而顯著降低，且當板件寬厚比較小時（即厚板）的降低幅度更為明顯；孔邊圍板、貼板、加勁補強方法都有助於降低孔邊應力集中係數和提高彈塑性受壓極限強度，其對受壓強度的提高效果受板件寬厚比和開孔率的影響較大。 (2) 分別採用柯西積分方法和最小二乘邊界配點法對開長圓孔和開任意多個橢圓孔無限大平面的孔邊應力集中係數進行了解析推導，算例分析結果與有限元解吻合良好；進一步對有限大板進行數值分析，並引入板寬修正係數，擬合得到了兩類有限大開孔板的SCF計算公式。採用塑性鉸線法對兩類開孔板件的彈塑性極限強度進行了解析推導，確定了開長圓孔板和開橢圓孔板的合理塑性鉸線位置，並針對長寬比較大的板件提出了等效長寬比概念及其取值公式。 (3) 採用ANSYS軟體建立開孔板試件的有限元模型並開展數值模擬，有限元結果與試驗數據吻合良好。在此基礎上對兩類未補強開孔板開展了一系列的參數化分析，並引入極限強度提高係數來表征和量化補強效果。結果表明：當板件長寬比大於2時，應力集中係數和受壓極限強度受長寬比影響很小，但隨著開孔率增大而呈線性增大（應力集中係數）或降低（受壓極限強度）；當寬厚比小於40時，受壓極限強度不因寬厚比不同而改變；各種補強方式下的極限強度提高係數與板件長寬比無關，而是主要受板件開孔率和補強肋厚度的影響。在補強肋高厚比固定的情況下，隨著補強肋厚度不斷增大，極限強度提高係數呈線性增長，隨後則不再變化。最終通過數值擬合，提出了補強開孔板極限強度提高係數的計算公式，可用於實際工程中的開孔板補強設計。 項目研究成果為制定、完善相關的規範條文提供了科學依據，並可用於指導工程設計與施工，對於確保結構安全、提高工程質量具有重要的理論意義和工程實用價值。
