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钢—聚氨酯弹性体正交异性夹层板弯曲及稳定性能分析

作　者: 刘文芳
导　师: 单成林
学　校: 华南理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 正交异性夹层板加劲肋局部均布荷载双向受压稳定性能
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢-聚氨酯弹性体夹层板是在两层钢板之间注入聚氨酯核芯，是由弹性体芯材与钢板内表层牢固粘接而成的新型复合结构。在国外该体系现已用于新铺桥面板、桥面板的更换与桥面板的修复加固等工程中。在桥面板工程中，为提高承载能力，构造上大部分是设计成带有加劲肋的正交异性夹层板，目前由于这种钢-聚氨酯弹性体正交异性夹层结构桥面板尚未在国内应用，并且无相应的设计规范及准则，为此本文以弯曲理论公式推导为基础，开展钢-聚氨酯夹层结构桥面板稳定性能研究。然后结合算例，进行有限元模型比较分析，以验证理论公式的正确性，从而为钢-聚氨酯夹层结构技术在国内的应用提供理论依据。首先，根据Hoff理论假设条件，利用平衡法对各向同性夹层板进行弯曲性能分析，主要是对四边简支的夹层板在局部均布荷载作用下的弯曲应力进行公式推导，并且给出算例，分别求出关键点处的理论计算结果与有限元分析结果，以验证公式的正确性。其次，采用能量法对正交异性夹层板弯曲性能进行分析，结合算例，验证公式的正确性，同时得出能量法对于分析构造上正交异性结构的方便性。然后对比算例一和算例二中关键点处的应力和挠度值，可以清楚看到加劲肋对桥面板受力性能的改善作用。再次，继续利用能量法对四边简支约束夹层板在双向受压时的屈曲临界荷载进行公式推导，由于肋的存在，使得公式结果求解复杂，本文中仅对一条加劲肋的情况进行了求解。最后，对钢-聚氨酯夹层板的稳定性进行有限元分析。以三条加劲肋的夹层板为例，进行静力分析和屈曲分析，得出双向受压作用下的应力及前5阶屈曲特值系数，并且分析了自重对临界荷载的影响。在此基础上，改变加劲肋的条数，分析加劲肋数对整个构件屈曲临界荷载的影响。总之，本文在钢-聚氨酯板夹层结构桥面板体系的弯曲、稳定性能分析及结构设计方面所做的研究工作，对我国钢-聚氨酯板夹层结构桥面板体系的设计和研究具有一定的参考意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-24
  1.1 引言  11-12
  1.2 钢-聚氨酯夹层板应用现状  12-19
    1.2.1 钢-聚氨酯夹层板结构的应用背景  12-14
    1.2.2 钢-聚氨酯夹层板结构在桥梁中的应用  14-16
    1.2.3 钢-聚氨酯夹层结构桥面板在混凝土桥面板更换中的应用  16-17
    1.2.4 钢-聚氨酯夹层结构桥面板在钢结构桥面板修复加固中的应用  17-19
  1.3 钢-聚氨酯夹层结构理论研究现状  19-22
    1.3.1 夹层板结构研究现状  19-21
    1.3.2 夹层板结构稳定理论研究现状  21-22
  1.4 本文的主要工作  22-23
  1.5 本文研究的意义  23-24
第2章正交异性板、夹层板的一般理论和稳定性分析理论  24-34
  2.1 引言  24-25
  2.2 正交异性板的理论  25-26
    2.2.1 正交异性钢桥面板分析理论  25
    2.2.2 解析法  25-26
    2.2.3 数值分析法  26
  2.3 夹层板的基本理论  26-28
    2.3.1 夹层板的受力分析  26
    2.3.2 夹层板的经典计算理论  26-28
    2.3.3 数值分析方法  28
  2.4 夹层板的稳定分析理论  28-31
    2.4.1 稳定的基本概念  28
    2.4.2 失稳的形式  28-30
    2.4.3 板的屈曲临界荷载计算理论  30-31
  2.5 本文理论推导采用的分析方法  31-32
  2.6 本章小结  32-34
第3 章夹层板在局部均布荷载作用下的弯曲理论研究  34-66
  3.1 概述  34
  3.2 夹层板基于Hoff理论的弯曲  34-41
    3.2.1 钢夹层板弯曲变形的位移  34-36
    3.2.2 钢夹层板弯曲变形的应力  36-40
    3.2.3 钢夹层板基本方程  40-41
  3.3 夹层板在局部均布荷载作用下的弯曲性能分析  41-47
    3.3.1 平衡法推导四边简支各向同性夹层板的弯曲应力  41-43
    3.3.2 能量法推导四边简支正交异性夹层板的弯曲应力  43-47
  3.4 算例一分析  47-55
    3.4.1 平衡解析法求解四边简支各向同性夹层板弯曲应力  48-50
    3.4.2 有限元数值法分析四边简支各向同性夹层板弯曲性能  50-53
    3.4.3 数值法与解析法计算结果对比  53-55
  3.5 算例二分析  55-63
    3.5.1 能量法求解四边简支正交异性夹层板弯曲应力  55-57
    3.5.2 有限元数值法分析四边简支正交异性夹层板弯曲性能  57-61
    3.5.3 数值法与解析法计算结果对比  61-63
  3.6 两算例对比分析  63-64
  3.7 本章小结  64-66
第4章双向受压正交异性夹层板的稳定性能分析  66-86
  4.1 概述  66
  4.2 钢-聚氨酯弹性体正交异性夹层板稳定理论分析  66-71
  4.3 屈曲稳定性能有限元分析基础  71
  4.4 特征值屈曲分析的步骤  71-74
    4.4.1 创建模型  72
    4.4.2 获得静力解  72-73
    4.4.3 获得特征值屈曲解  73
    4.4.4 查看结果  73-74
  4.5 钢-聚氨酯弹性体正交异性夹层板稳定性有限元分析  74-84
    4.5.1 单元介绍  74-75
    4.5.2 模型分析  75-80
    4.5.3 算例比较  80-84
  4.6 本章小结  84-86
结论与展望  86-88
  (一) 结论  86-87
  (二) 研究展望  87-88
参考文献  88-92
攻读硕士学位期间取得的研究成果  92-93
致谢  93-94
附件  94

钢—聚氨酯弹性体正交异性夹层板弯曲及稳定性能分析

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