考虑初始缺陷影响的混合钢U肋加劲板受压稳定性能与设计方法研究

U肋加劲板是桥梁钢箱梁顶底板的主要受力构件。U肋与母板采用不同强度等级钢材的混合钢U肋加劲板设计可提高材料的使用效率，降低工程造价。为推广混合钢结构的应用，有必要对其焊接残余应力、受压稳定工作机理和抗压稳定承载力计算方法进行系列研究。本项目首先通过数值模拟与试验验证相结合的方法揭示混合钢U肋加劲板的焊接残余应力分布规律，提出其简化计算方法。然后通过数值模拟方法分析考虑残余应力和几何缺陷影响的混合钢U肋加劲板的抗压稳定承载力，并通过试验对分析结果进行验证。分析残余应力、几何缺陷对混合钢U肋加劲板抗压稳定承载力的影响，研究U肋与母板不同强度比值时构件受压稳定的破坏机理，探索U肋与母板钢材强度比值的合理范围。最后通过对混合钢U肋加劲板的整体稳定和局部稳定分析，提出其抗压稳定承载力的简化计算方法。该研究成果将为采用混合钢U肋加劲板的桥梁钢箱梁设计提供参考。

U肋加劲板是桥梁钢箱梁顶底板的主要受力构件，U肋与母板采用不同强度等级钢材的混合钢U肋加劲板设计可提高材料的使用效率，降低工程造价。三年来项目组为推广混合钢结构的应用，开展了混合钢U肋加劲板焊接残余应力、初始几何缺陷、受压稳定承载力的试验研究、理论分析与数值模拟，获得系列试验资料和研究成果。本项目首先应用盲孔法对混合钢U肋加劲板试件的焊接残余应力进行了试验研究，同时对试件所用钢材进行了应变释放系数试验测试，提出了考虑盲孔周边塑性变形的盲孔法应变释放系数计算公式。建立模拟混合钢U肋加劲板焊接过程的三维热弹塑性有限元模型，采用生死单元法模拟焊缝填充和焊接热输入过程，对混合钢U肋加劲板试件的焊接温度场和应力场进行了模拟，得到了不同U肋与母板材料强度比的混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布，数值模拟结果得到了残余应力试验验证。通过改变材料热物理性能、焊接工艺等参数，分析了各参数对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布的影响。针对不同的U肋与母板钢材强度组合，分析了各组成板件的板厚与板宽变化对残余应力的分布与大小影响，得到了不同构造尺寸的混合钢U肋加劲板焊接残余应力的分布规律，最后提出了残余应力分布的简化计算方法。分析了混合钢U肋加劲板的初始局部几何缺陷和初始整体几何缺陷的分布规律，提出了方便供混合钢U肋加劲板抗压承载力分析模型的等效几何缺陷大小。探讨了构件整体几何缺陷、板件局部几何缺陷、焊接残余应力、材料本构模型变化对U肋加劲板受压稳定承载力的影响。进一步，通过对不同构造尺寸的U肋加劲板受压稳定承载力进行分析，得到U肋加劲板整体稳定折减系数和U肋腹板板件局部稳定折减系数。在此基础上，提出了Ｕ肋加劲板受压稳定承载力的计算公式。结合本项目研究，培养硕士生2名，在国内重要期刊和会议上发表学术论文6篇，其中2篇被EI核心检索。本项目研究成果可促进混合钢U肋加劲板在钢箱梁中应用。