[发明专利]一种U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力计算方法

说明书

本发明公开了一种U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力计算方法，包括如下步骤：步骤1，条件假设；步骤2，U形加劲板的总势能；步骤3，挠曲面函数；步骤4，加劲板临界荷载；步骤5，弹性约束刚度确定；步骤6，将理论解与ANSYS数值解进行对比。本发明的目的是提供一种U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力计算方法，更加准确得模拟计算U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力，最大误差为0.42%，结果吻合较好。

技术领域

本发明涉及正交异性钢箱梁结构技术领域，尤其涉及一种U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力计算方法。

背景技术

正交异性钢箱梁具有自重轻，抗弯、抗扭刚度大，抗风性能好，建造速度快等诸多优点，为现代大跨度悬索桥和斜拉桥所广泛采用。U形加劲肋由于其抗扭性能好，刚度大，屈曲稳定性好等优点主要被用于钢箱梁的顶底板，但由于其属于薄壁结构，在大轴力作用下，加劲板的稳定问题仍比较突出。

目前关于加劲板稳定问题的研究主要集中在模型试验与有限元数值分析，对于U形加劲板稳定的计算分析研究较少。在求解钢箱梁U形加劲板的弹性屈曲临界荷载时，目前采用的方法有：将加劲板母板下缘作为参考轴、将加劲板母板中面作为参考轴、将加劲板形心作为参考轴等考虑方法，与实际情况存在一定差异。在钢箱梁加劲板实际结构中，由于初始几何变形、受力部位偏离等因素的影响，加劲板多处于初偏心受压状态。同时，U型加劲板在偏心受压状态下，加劲肋提供的抗压能力随荷载的增加逐渐减弱，母板承担轴向荷载的比重逐渐增多，计算时应主要考虑母板的稳定承载力。在计算板件轴心受压承载力时，又多将边界条件简化为四边简支板，与实际边界条件不符，因此需要考虑加劲板母板的实际边界条件，提出计算模型，对其稳定承载力计算方法进行改进创新。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力计算方法，更加准确得模拟计算U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种U形加劲板在轴心受压作用下的稳定承载力计算方法，包括如下步骤：

步骤1，条件假设：在正交异性板中选取局部U形加劲板单元，将母板两侧U型加劲肋视为边界条件，等效为弹性约束，该弹性约束包含竖向弹簧约束和扭转弹簧约束。假设加载边为简支约束，非加载边为弹性约束，只考虑母板受轴压荷载作用，忽略加劲肋的抗压承载力；近似竖向约束弹簧为Kv＝∞，其边界条件简化为简支支撑加旋转约束弹簧；

步骤2，用能量法求解板的屈曲荷载，首先建立板在微弯状态时的总势能，根据总势能一阶变分为0，可以求得加劲板的临界屈曲载荷Nx；

步骤3，为了推导出含有旋转约束弹簧刚度Kr的屈曲荷载Nx，表达式选取适当的挠曲面函数来模拟板单元的屈曲变形；

步骤4，根据曲面函数式，推导出含有旋转约束弹簧刚度Kr的屈曲荷载Nx表达式；

步骤5，为求得约束弹簧刚度Kr，采用力法求解板件的弯矩图，得到非加载边在不同边界条件下最小屈曲系数β值，并得到肋间母板非加载边的弹性约束Kr值；

步骤6，将理论解与ANSYS数值解进行对比，最大误差为0.42％，结果吻合较好。

进一步的，所述步骤1具体为：在正交异性板中选取局部U形加劲板单元，将母板两侧U型加劲肋视为边界条件，等效为弹性约束，该弹性约束包含竖向弹簧约束和扭转弹簧约束，则该加劲板单元此时的边界条件为：加载边为简支约束，非加载边为弹性约束；该简化模型只考虑母板受轴压荷载作用，忽略加劲肋的抗压承载力，因此得到的结果较为保守；由于受压加劲板宜采用刚性加劲肋，而此时破坏一般为母板局部失稳，则竖向约束弹簧可近似为Kv＝∞，其边界条件可简化为简支支撑加旋转约束弹簧。

进一步的，所述步骤2具体为：