大跨度鐵路橋梁q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定計(jì)算和試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)方法，包括：確定大跨度鐵路橋梁的壓桿穩(wěn)定加載裝置；選取截面為工字型或箱型的Q500高強(qiáng)鋼試件作為壓桿；在壓桿上布置應(yīng)變片和位移計(jì)；采用試驗(yàn)加載機(jī)對(duì)壓桿進(jìn)行逐級(jí)加載：通過位移計(jì)測(cè)量壓桿中部的面外位移，并通過應(yīng)變片測(cè)量壓桿的應(yīng)力；根據(jù)壓桿中部的面外位移和壓桿中部截面的最大應(yīng)力判斷壓桿是否失穩(wěn)，分析面外位移和不同荷載之間的關(guān)系。本發(fā)明還提供了一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定計(jì)算方法。本發(fā)明的有益效果為：從理論上分析了初始缺陷、材料性能、殘余應(yīng)力這些因素與壓桿穩(wěn)定之間的關(guān)系；從試驗(yàn)上分析了殘余應(yīng)力對(duì)壓桿整體穩(wěn)定性的影響。
【專利說明】
大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定計(jì)算和試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及鐵路橋梁技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼 壓桿穩(wěn)定計(jì)算和試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國在大跨度鋼橋建設(shè)上某些指標(biāo)已經(jīng)趕超世界先進(jìn)水平，但基礎(chǔ)理論研究卻落 后較多，嚴(yán)重滯后于工程實(shí)踐。隨著我國橋梁建設(shè)的發(fā)展，鋼橋跨徑不斷增大，廣泛采用高 強(qiáng)鋼并向全焊形式發(fā)展，橋塔高聳化、箱梁薄壁化，使結(jié)構(gòu)整體和局部的剛度下降，穩(wěn)定問 題顯得比以往更為重要，迫切需要對(duì)鋼橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限承載力進(jìn)行深入的理論研究和模型 試驗(yàn)。研究橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定極限承載力，不僅可以用于極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，而且可以了解橋梁結(jié) 構(gòu)的破壞形式，準(zhǔn)確地知道結(jié)構(gòu)在給定荷載下的安全儲(chǔ)備和超載能力，為其安全施工和營 運(yùn)管理提供依據(jù)和保障。
[0003] 對(duì)于鐵路壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)設(shè)備，足尺壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)極限承載力大，試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)龐 大，測(cè)試手段復(fù)雜，占地空間大。而關(guān)于大型壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，并沒有特定的 設(shè)備和方法。大型壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)主要是基于現(xiàn)有的加載設(shè)備做相關(guān)的加載裝置設(shè)計(jì)和改進(jìn) 來進(jìn)行壓桿試驗(yàn)。國內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)發(fā)明研制了一些小型的壓桿試驗(yàn)設(shè)備，主要用于教學(xué) 試驗(yàn)。煙臺(tái)大學(xué)發(fā)明的壓桿穩(wěn)定設(shè)備，底座部分與試驗(yàn)機(jī)的油缸活塞桿相聯(lián)接，加載部分通 過鍘球與試驗(yàn)機(jī)L橫梁實(shí)現(xiàn)鉸接，壓桿安裝在矩形加載框內(nèi)，在壓桿上、中、下三個(gè)部位對(duì)稱 粘貼電阻應(yīng)變片以判斷壓桿是否處于直線平衡狀態(tài)，荷載、應(yīng)變的測(cè)試通過試驗(yàn)機(jī)自帶的 多通道數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)完成。側(cè)向支撐裝置安裝在加載架的中間位置，通過壓桿"U"型支 撐調(diào)整壓桿中間位置以達(dá)到調(diào)直的目的，側(cè)向干擾裝置緊貼中間調(diào)直支撐裝置。中國石油 大學(xué)研究設(shè)計(jì)了另一種投資少、結(jié)構(gòu)簡單的小型化臺(tái)式壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，同 樣是加載能力有限。
[0004]總結(jié)來看，現(xiàn)有的壓桿穩(wěn)定研究存在的缺陷主要有：
[0005] 1、大型壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)支座裝置不統(tǒng)一，主要包括雙刀口支座和球鉸支座，不同的 支座形式對(duì)試驗(yàn)結(jié)果存在一定的影響；
[0006] 2、大型足尺橋梁壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)極限承載力很大，需配置大噸位加載機(jī)，一般試驗(yàn) 室加載設(shè)備的加載能力很難滿足試驗(yàn)要求，因此目前的壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)往往采用縮尺模型， 縮尺模型的殘余應(yīng)力分布可能與足尺模型存在一定差異；
[0007] 3、殘余應(yīng)力是影響壓桿穩(wěn)定性能的一個(gè)重要參數(shù)，以往的鐵路鋼橋研究雖然進(jìn)行 了殘余應(yīng)力測(cè)試，但并沒有直觀通過試驗(yàn)反應(yīng)殘余應(yīng)力對(duì)壓桿穩(wěn)定性能的影響程度；
[0008] 4、先前的鐵路鋼橋壓桿穩(wěn)定研究最高強(qiáng)度級(jí)別的鋼材僅到420MPa，而更高級(jí)別的 Q500q鋼已經(jīng)應(yīng)用于滬通長江大橋、鎮(zhèn)江長江大橋中，受到建筑限高的影響，高強(qiáng)鋼Q500q桿 件的長度雖然沒有明顯增加，但是截面卻相迎減小，因此相對(duì)于低強(qiáng)度鋼，長細(xì)比明顯增 加，穩(wěn)定問題就顯的更加突出，然而到目前并沒有Q500q壓桿穩(wěn)定的相關(guān)研究；
[0009] 5、初始缺陷（加載初始偏心和桿件初始彎曲）是影響壓桿穩(wěn)定性能的另一重要因 素，然而實(shí)際桿件中初始缺陷的量值卻是隨機(jī)的，既往研究對(duì)初始缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸納，得到 了初始缺陷計(jì)算公式，但是初始缺陷對(duì)壓桿穩(wěn)定影響程度并沒有相關(guān)的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn) 定計(jì)算和試驗(yàn)方法，研究了殘余應(yīng)力與壓桿整體穩(wěn)定性之間的關(guān)系，同時(shí)分析了初始缺陷 對(duì)穩(wěn)定性能的影響程度。
[0011] 本發(fā)明提供了一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)方法，該方法包括：
[0012] 步驟Al，確定大跨度鐵路橋梁的壓桿穩(wěn)定加載裝置，所述壓桿穩(wěn)定加載裝置采用 球鉸支座作為支座裝置，所述壓桿穩(wěn)定加載裝置包括壓桿、單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座和全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸 支座，其中，所述全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸支座設(shè)置在所述壓桿的上端，所述單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座設(shè)置在所述 壓桿的下端；
[0013] 步驟A2,選取截面為工字型或箱型的Q500高強(qiáng)鋼試件作為所述壓桿；
[0014] 步驟A3，在所述壓桿上布置應(yīng)變片和位移計(jì)，具體包括：
[0015] 步驟A31，在所述壓桿的中部布置位移計(jì)，同時(shí)，在所述位移計(jì)兩側(cè)對(duì)稱布置第一 應(yīng)變片和第二應(yīng)變片；
[0016] 步驟A32,在所述壓桿的上部對(duì)稱布置第三應(yīng)變片和第四應(yīng)變片；
[0017] 步驟A33,在所述壓桿的下部對(duì)稱布置第五應(yīng)變片和第六應(yīng)變片；
[0018] 步驟A34，控制調(diào)節(jié)所述壓桿使所述壓桿對(duì)正，保證無偏心加載；
[0019] 步驟A4，采用試驗(yàn)加載機(jī)對(duì)所述壓桿進(jìn)行逐級(jí)加載，具體包括：
[0020] 步驟A41，當(dāng)施加荷載在估算荷載的0 %~50 %時(shí)，每級(jí)荷載20t;當(dāng)施加荷載在估 算荷載的50%~80%時(shí)，每級(jí)荷載IOt;當(dāng)施加荷載達(dá)到估算荷載的80%后，每級(jí)荷載調(diào)整 為5t;其中，每級(jí)荷載之間停留時(shí)間為2min;當(dāng)達(dá)到極限承載力時(shí)，執(zhí)行步驟A42;
[0021] 步驟A42,停滯加載，保持千斤頂回油閥為關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù)3min;
[0022] 步驟A43,緩慢平穩(wěn)的打開所述千金頂回油閥，將荷載逐漸卸載至零；
[0023] 步驟A5,通過所述位移計(jì)測(cè)量所述壓桿中部的面外位移，并通過所述第一應(yīng)變片 和所述第二應(yīng)變片測(cè)量所述壓桿中部截面各個(gè)位置的應(yīng)變隨荷載的變化;通過所述第三應(yīng) 變片和所述第四應(yīng)變片測(cè)量所述壓桿上部的應(yīng)力；同時(shí)，通過所述第五應(yīng)變片和所述第六 應(yīng)變片測(cè)量所述壓桿下部的應(yīng)力；
[0024] 步驟A6,根據(jù)所述壓桿中部的面外位移和所述壓桿中部截面的最大應(yīng)力判斷所述 壓桿是否失穩(wěn)，分析面外位移和不同荷載之間的關(guān)系。
[0025]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，在步驟A2中，對(duì)工字型截面的試件進(jìn)行580~600攝氏 度2小時(shí)回火處理。
[0026]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟A4中的試驗(yàn)加載機(jī)的加載噸位為2000噸。
[0027]本發(fā)明還提供了一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定計(jì)算方法，該方法包括 以下步驟：
[0028]步驟Bl，選定大跨度鐵路橋梁的壓桿穩(wěn)定加載裝置，其中，所述壓桿穩(wěn)定加載裝置 包括壓桿、單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座和全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸支座，其中，所述全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸支座設(shè)置在所述壓桿 的上端，所述單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座設(shè)置在所述壓桿的下端；
[0029]步驟B2,選取截面為工字型或箱型的Q500高強(qiáng)鋼試件作為所述壓桿；
[0030]步驟B3，采用有限元模塊Abaqus建立所述壓桿穩(wěn)定加載裝置的有限元模型，其中， 所述壓桿頂端的截面耦合于一點(diǎn)作為荷載施加端，所述壓桿底端的截面耦合于一點(diǎn)作為固 定端，所述固定端的親合點(diǎn)三向位移全約束，所述加載端的親合點(diǎn)三向位移僅釋放順壓桿 方向；
[0031]步驟M，基于極限承載力理論，采用弧長法進(jìn)行整體穩(wěn)定分析，具體包括：
[0032]步驟B41，計(jì)算出理想條件下、試驗(yàn)材性下和鐵路規(guī)范條件下，所述壓桿采用的 Q500在不同材性下的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值，確定采用鐵路規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值；
[0033] 步驟M2,計(jì)算所述壓桿中部的初始缺陷值e:
[0034] e = ep+eL，
[0035] 上式中，eP為所述荷載施加端的荷載初始偏心值，乳為所述壓桿中部的初始擾度，
[0036] 其中， ? 0.00143(0,011 - (U) L 川 < λ < 100 0037] e, \ v ' ，
[ OOOiL 100_/
[0038] ep = 0.008b,
[0039] 上式中，λ為所述壓桿的長細(xì)比，b為所述壓桿的截面高度，L為所述壓桿的長度；
[0040] 步驟M3,計(jì)算不同長細(xì)比的壓桿的壓桿穩(wěn)定系數(shù)；
[0041 ]步驟B44,分析不同長細(xì)比的壓桿初始缺陷值和壓桿穩(wěn)定系數(shù)之間的關(guān)系；
[0042] 步驟B45,分析不同的壓桿截面邊緣殘余應(yīng)力對(duì)壓桿穩(wěn)定系數(shù)的影響，確定選取的 邊緣殘余應(yīng)力。
[0043] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟B45中，壓桿截面邊緣殘余應(yīng)力的取值范圍為0~ 0.5fy，其中f y為屈服點(diǎn)。
[0044] 本發(fā)明的有益效果為：
[0045] 1、本發(fā)明的計(jì)算方法，從理論上分析了初始缺陷、材料性能、殘余應(yīng)力這些因素與 壓桿穩(wěn)定之間的關(guān)系。
[0046] 2、本發(fā)明的試驗(yàn)方法，從試驗(yàn)上分析了殘余應(yīng)力對(duì)壓桿整體穩(wěn)定性的影響。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例所述的一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)方 法的流程示意圖；
[0048]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例所述的一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定計(jì)算方 法的流程示意圖；
[0049] 圖3為壓桿穩(wěn)定加載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050] 圖4為壓桿截面示意圖；
[00511圖5為壓桿失穩(wěn)示意圖；
[0052]圖6為長細(xì)比為40的工字型截面壓桿試驗(yàn)荷載-位移關(guān)系示意圖；
[0053]圖7為長細(xì)比為80的工字型截面壓桿試驗(yàn)荷載-位移關(guān)系示意圖；
[0054] 圖8為Q500q在不同材性下的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值；
[0055] 圖9為不同初始缺陷下的壓桿穩(wěn)定系數(shù)；
[0056]圖10為邊緣殘余應(yīng)力取0.35fy和0.5fy時(shí)，工字型截面的長細(xì)比和壓桿穩(wěn)定系數(shù)之 間的關(guān)系；
[0057]圖11為邊緣殘余應(yīng)力取0.35fy和0.5fy時(shí)，箱型截面的長細(xì)比和壓桿穩(wěn)定系數(shù)之間 的關(guān)系；
[0058]圖12為壓桿穩(wěn)定系數(shù)取值示意圖。
[0059]圖中，
[0060] 1、壓桿;2、全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸支座;3、單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座;4、位移計(jì);5、第一應(yīng)變片;6、第二 應(yīng)變片;7、第三應(yīng)變片;8、第四應(yīng)變片;9、第五應(yīng)變片；10、第六應(yīng)變片。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0062] 實(shí)施例1，如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例所述的一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼 壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)方法，該方法包括：
[0063] 步驟Al，確定大跨度鐵路橋梁的壓桿穩(wěn)定加載裝置，如圖3所示，壓桿穩(wěn)定加載裝 置采用球鉸支座作為支座裝置，壓桿穩(wěn)定加載裝置包括壓桿1、單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座3和全轉(zhuǎn)動(dòng) 球鉸支座2,其中，全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸支座2設(shè)置在壓桿1的上端，單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座3設(shè)置在壓桿1的 下端；
[0064]步驟A2,選取截面為工字型或箱型的Q500q高強(qiáng)鋼試件作為壓桿1，如圖4所示；
[0065] 步驟A3,在壓桿1上布置應(yīng)變片和位移計(jì)，具體包括：
[0066] 步驟A31，在壓桿1的中部布置位移計(jì)4，同時(shí)，在位移計(jì)兩側(cè)對(duì)稱布置第一應(yīng)變片5 和第二應(yīng)變片6;
[0067] 步驟A32,在壓桿1的上部對(duì)稱布置第三應(yīng)變片7和第四應(yīng)變片8;
[0068] 步驟A33,在壓桿1的下部對(duì)稱布置第五應(yīng)變片9和第六應(yīng)變片10;
[0069] 步驟A34,控制調(diào)節(jié)壓桿1使壓桿1對(duì)正，保證無偏心加載；
[0070]步驟A4,采用MTS2000t試驗(yàn)加載機(jī)對(duì)壓桿1進(jìn)行逐級(jí)加載，具體包括：
[0071]步驟A41，當(dāng)施加荷載在估算荷載的0 %~50 %時(shí)，每級(jí)荷載20t;當(dāng)施加荷載在估 算荷載的50%~80%時(shí)，每級(jí)荷載IOt;當(dāng)施加荷載達(dá)到估算荷載的80%后，每級(jí)荷載調(diào)整 為5t;其中，每級(jí)荷載之間停留時(shí)間為2min;當(dāng)達(dá)到極限承載力時(shí)，執(zhí)行步驟A42;
[0072]步驟A42,停滯加載，保持千斤頂回油閥為關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù)3min;
[0073]步驟A43,緩慢平穩(wěn)的打開千金頂回油閥，將荷載逐漸卸載至零；
[0074] 步驟A5,通過位移計(jì)4測(cè)量壓桿1中部的面外位移，并通過第一應(yīng)變片5和第二應(yīng)變 片6測(cè)量壓桿1中部截面各個(gè)位置的應(yīng)變隨荷載的變化;通過第三應(yīng)變片7和第四應(yīng)變片8測(cè) 量壓桿1上部的應(yīng)力；同時(shí)，通過第五應(yīng)變片9和第六應(yīng)變片10測(cè)量壓桿1下部的應(yīng)力；
[0075]步驟A6,如圖5所示，根據(jù)壓桿1中部的面外位移和壓桿中部截面的最大應(yīng)力判斷 壓桿1是否失穩(wěn)，分析面外位移和不同荷載之間的關(guān)系。
[0076]進(jìn)一步的，為了消除殘余應(yīng)力，對(duì)工字型截面的試件進(jìn)行580~600攝氏度2小時(shí)回 火處理。
[0077]具體試驗(yàn)時(shí)，壓桿試件分五組：工字型截面的試件為四組，其中，長細(xì)比40、60、80 各一組，長細(xì)比60的試件進(jìn)行580~600攝氏度2小時(shí)回火處理設(shè)一組，每組3個(gè)試件;箱型截 面的試件為一組，長細(xì)比為60,共3個(gè)試件。所有試件的截面屬性見表1。其中，Ix為截面對(duì)X 軸的慣性矩，Iy為截面對(duì)y軸的慣性矩，ix為截面X軸軸向長度，iy為截面y軸軸向長度。 [0078]表1桿件截面力學(xué)參數(shù)表
[0080] 長細(xì)比λ為40和80時(shí)，工字型截面壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)的荷載一面外位移曲線如圖6和圖 7所示。在荷載開始施加階段，由于荷載施加端與壓桿并沒有完全接觸，壓桿沒有被完全固 定等不確定性因素的存在，加載初始階段荷載一位移曲線有一定的不規(guī)律性。但是隨著荷 載的增加以及壓桿穩(wěn)定加載裝置的穩(wěn)定，荷載與面外位移呈線性增長的關(guān)系，當(dāng)增長到一 定程度后，這種增長關(guān)系由線性變?yōu)榉蔷€性。荷載一位移非線性起始點(diǎn)處，桿件截面應(yīng)力并 沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度。但隨著荷載的增加，當(dāng)桿件截面應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度后，面外位移的增長 速度迅速提高，此時(shí)荷載已經(jīng)難以施加到桿件上。
[0081] 五組試件穩(wěn)定試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，試驗(yàn)結(jié)果總體規(guī)律性較好。隨著長細(xì)比增加， 穩(wěn)定系數(shù)降低;進(jìn)行回火處理后，由于焊接殘余應(yīng)力減小，試驗(yàn)得到穩(wěn)定系數(shù)增大;在相同 應(yīng)力比情況下，箱型截面穩(wěn)定系數(shù)較工字型截面穩(wěn)定系數(shù)略大。其中，A為試件截面面積。 [0082]表2穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0084] 實(shí)施例2,如圖2所示，本發(fā)明還提供了一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定 計(jì)算方法，該方法包括以下步驟：
[0085] 步驟Bl，選定大跨度鐵路橋梁的壓桿穩(wěn)定加載裝置，如圖3所示，其中，所述壓桿穩(wěn) 定加載裝置包括壓桿1、單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座3和全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸支座2,其中，所述全轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸支座3 設(shè)置在所述壓桿1的上端，所述單向轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座2設(shè)置在所述壓桿1的下端；
[0086]步驟Β2,選取截面為工字型或箱型的Q500q高強(qiáng)鋼試件作為所述壓桿，如圖4所示； [0087]步驟B3，采用有限元模塊Abaqus建立所述壓桿穩(wěn)定加載裝置的有限元模型，其中， 所述壓桿頂端的截面耦合于一點(diǎn)作為荷載施加端，所述壓桿底端的截面耦合于一點(diǎn)作為固 定端，所述固定端的親合點(diǎn)三向位移全約束，所述加載端的親合點(diǎn)三向位移僅釋放順壓桿 方向；
[0088]步驟M，基于極限承載力理論，采用弧長法進(jìn)行整體穩(wěn)定分析，具體包括：
[0089]步驟B41，計(jì)算出理想條件下、試驗(yàn)材性下和鐵路規(guī)范條件下，所述壓桿采用的 Q500q在不同材性下的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值，Q500q在不同材性下的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值如圖8所示， 三種材料本構(gòu)關(guān)系定義獲得的穩(wěn)定系數(shù)之間相差較小，理想條件下(雙折線)與試驗(yàn)材性下 (曲線）的計(jì)算結(jié)果更為接近，鐵路規(guī)范條件下（曲線）的計(jì)算值略小，更偏安全，確定采用鐵 路規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值；
[0090] 步驟M2,計(jì)算所述壓桿中部的初始缺陷值e:
[0091] e = ep+eL，
[0092] 上式中，eP為所述荷載施加端的荷載初始偏心值，乳為所述壓桿中部的初始擾度，
[0093] 其中， f0.00143(0.01 A-0.3)L 30<；λ<100
[0094] % = f v ;
[ 0.001L 100<λ.
[0095] ep = 0.008b，
[0096] 上式中，λ為所述壓桿的長細(xì)比，b為所述壓桿的截面高度，L為所述壓桿的長度； [0097]計(jì)算Q500q鋼材在長細(xì)比分別為30、60、90時(shí)的初始缺陷計(jì)算值分別為1.60、2.86、 5.38；
[0098] 步驟M3,計(jì)算Q500q鋼材在長細(xì)比分別為30、60、90時(shí)，初始缺陷在1~6mm范圍內(nèi) 的壓桿穩(wěn)定系數(shù)；
[0099] 步驟B44,分析不同長細(xì)比的壓桿初始缺陷值和壓桿穩(wěn)定系數(shù)之間的關(guān)系，初始缺 陷值大小與壓桿穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系如圖9所示，可以看到，隨著初始缺陷值的增加，壓桿穩(wěn)定 系數(shù)基本呈線性的降低，降低速率較小，并且針對(duì)不同長細(xì)比，壓桿穩(wěn)定系數(shù)曲線幾乎平 行；
[0100] 步驟B45,分析不同的壓桿截面邊緣殘余應(yīng)力對(duì)壓桿穩(wěn)定系數(shù)的影響，確定選取的 邊緣殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力對(duì)工字型截面壓桿繞弱軸的穩(wěn)定有不利的影響，一般取邊緣殘余 壓應(yīng)力值為0 · 2~0 · 35fy，對(duì)殘余應(yīng)力值較小的桿件，以及殘余應(yīng)力對(duì)壓桿穩(wěn)定呈有利影響 的情況，最大邊緣殘余應(yīng)力取〇. 1~〇. 15fy，邊緣殘余壓應(yīng)力與截面寬高比有關(guān)，邊緣殘余 壓應(yīng)力最大可達(dá)到0 · 5fy，其中fy為屈服點(diǎn)；分別取邊緣殘余應(yīng)力0 · 2fy、0 · 35fy、0 · 5fy以及無 邊緣殘余應(yīng)力四種截面邊緣殘余應(yīng)力分布工況進(jìn)行參數(shù)比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)邊緣殘余應(yīng)力對(duì)壓 桿穩(wěn)定影像明顯，其中，邊緣殘余應(yīng)力為〇. 35fy和0.5fy時(shí)，壓桿穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值和鐵路規(guī)范 值較為吻合;邊緣殘余應(yīng)力取〇. 35fy和0.5fy時(shí)，工字型截面和箱型截面長細(xì)比和壓桿穩(wěn)定 系數(shù)之間的關(guān)系分別如圖10和圖11所示。
[0101] 根據(jù)本發(fā)明的試驗(yàn)和計(jì)算方法，如圖12所示，大跨鐵路鋼橋Q500q長細(xì)比大于30 時(shí)，壓桿穩(wěn)定系數(shù)統(tǒng)一按照長細(xì)比為30時(shí)的壓桿穩(wěn)定系數(shù)取值;長細(xì)比0~30時(shí)，壓桿穩(wěn)定 系數(shù)取值為水平直線段，與現(xiàn)有鐵路鋼橋規(guī)范穩(wěn)定系數(shù)取值基本規(guī)律保持一致。
[0102] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)方法，其特征在于，該方法包括： 步驟A1，確定大跨度鐵路橋梁的壓桿穩(wěn)定加載裝置，所述壓桿穩(wěn)定加載裝置采用球較 支座作為支座裝置，所述壓桿穩(wěn)定加載裝置包括壓桿、單向轉(zhuǎn)動(dòng)較支座和全轉(zhuǎn)動(dòng)球較支座， 其中，所述全轉(zhuǎn)動(dòng)球較支座設(shè)置在所述壓桿的上端，所述單向轉(zhuǎn)動(dòng)較支座設(shè)置在所述壓桿 的下端； 步驟A2,選取截面為工字型或箱型的Q500高強(qiáng)鋼試件作為所述壓桿； 步驟A3，在所述壓桿上布置應(yīng)變片和位移計(jì)，具體包括： 步驟A31，在所述壓桿的中部布置位移計(jì)，同時(shí)，在所述位移計(jì)兩側(cè)對(duì)稱布置第一應(yīng)變 片和第二應(yīng)變片. 步驟A32，在所述壓桿的上部對(duì)稱布置第Ξ應(yīng)變片和第四應(yīng)變片； 步驟A33,在所述壓桿的下部對(duì)稱布置第五應(yīng)變片和第六應(yīng)變片； 步驟A34，控制調(diào)節(jié)所述壓桿使所述壓桿對(duì)正，保證無偏屯、加載； 步驟A4，采用試驗(yàn)加載機(jī)對(duì)所述壓桿進(jìn)行逐級(jí)加載，具體包括： 步驟A41，當(dāng)施加荷載在估算荷載的0%~50%時(shí)，每級(jí)荷載20t;當(dāng)施加荷載在估算荷 載的50%~80%時(shí)，每級(jí)荷載lot;當(dāng)施加荷載達(dá)到估算荷載的80%后，每級(jí)荷載調(diào)整為5t; 其中，每級(jí)荷載之間停留時(shí)間為2min;當(dāng)達(dá)到極限承載力時(shí)，執(zhí)行步驟A42; 步驟A42，停滯加載，保持千斤頂回油閥為關(guān)閉狀態(tài)，持續(xù)3min; 步驟A43，緩慢平穩(wěn)的打開所述千金頂回油閥，將荷載逐漸卸載至零； 步驟A5,通過所述位移計(jì)測(cè)量所述壓桿中部的面外位移，并通過所述第一應(yīng)變片和所 述第二應(yīng)變片測(cè)量所述壓桿中部截面各個(gè)位置的應(yīng)變隨荷載的變化;通過所述第Ξ應(yīng)變片 和所述第四應(yīng)變片測(cè)量所述壓桿上部的應(yīng)力；同時(shí)，通過所述第五應(yīng)變片和所述第六應(yīng)變 片測(cè)量所述壓桿下部的應(yīng)力； 步驟A6,根據(jù)所述壓桿中部的面外位移和所述壓桿中部截面的最大應(yīng)力判斷所述壓桿 是否失穩(wěn)，分析面外位移和不同荷載之間的關(guān)系。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)方法，其特征在于， 在步驟A2中，對(duì)工字型截面的試件進(jìn)行580~600攝氏度2小時(shí)回火處理。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定試驗(yàn)方法，其特征在于， 步驟A4中的試驗(yàn)加載機(jī)的加載噸位為2000噸。4. 一種大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括W下 步驟： 步驟B1，選定大跨度鐵路橋梁的壓桿穩(wěn)定加載裝置，其中，所述壓桿穩(wěn)定加載裝置包括 壓桿、單向轉(zhuǎn)動(dòng)較支座和全轉(zhuǎn)動(dòng)球較支座，其中，所述全轉(zhuǎn)動(dòng)球較支座設(shè)置在所述壓桿的上 端，所述單向轉(zhuǎn)動(dòng)較支座設(shè)置在所述壓桿的下端； 步驟B2,選取截面為工字型或箱型的Q500高強(qiáng)鋼試件作為所述壓桿； 步驟B3,采用有限元模塊Abaqus建立所述壓桿穩(wěn)定加載裝置的有限元模型，其中，所述 壓桿頂端的截面禪合于一點(diǎn)作為荷載施加端，所述壓桿底端的截面禪合于一點(diǎn)作為固定 端，所述固定端的禪合點(diǎn)Ξ向位移全約束，所述加載端的禪合點(diǎn)Ξ向位移僅釋放順壓桿方 向； 步驟B4，基于極限承載力理論，采用弧長法進(jìn)行整體穩(wěn)定分析，具體包括： 步驟B41，計(jì)算出理想條件下、試驗(yàn)材性下和鐵路規(guī)范條件下，所述壓桿采用的Q500在 不同材性下的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值，確定采用鐵路規(guī)范的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算值； 步驟B42,計(jì)算所述壓桿中部的初始缺陷值e: e = ep+eL, 上式中，ep為所述荷載施加端的荷載初始偏屯、值，eL為所述壓桿中部的初始擾度， 其中，阱=0.008b， 上式中，λ為所述壓桿的長細(xì)比，b為所述壓桿的截面高度，L為所述壓桿的長度； 步驟B43,計(jì)算不同長細(xì)比的壓桿的壓桿穩(wěn)定系數(shù)； 步驟B44,分析不同長細(xì)比的壓桿初始缺陷值和壓桿穩(wěn)定系數(shù)之間的關(guān)系； 步驟B45，分析不同的壓桿截面邊緣殘余應(yīng)力對(duì)壓桿穩(wěn)定系數(shù)的影響，確定選取的邊緣 殘余應(yīng)力。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大跨度鐵路橋梁Q500高強(qiáng)鋼壓桿穩(wěn)定計(jì)算方法，其特征在于， 步驟B45中，壓桿截面邊緣殘余應(yīng)力的取值范圍為0~0.5fy，其中fy為屈服點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK105842074SQ201610173205
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】鞠曉臣, 田越, 趙欣欣, 王麗, 趙體波, 胡所亭, 劉曉光
【申請(qǐng)人】中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所, 中國鐵道科學(xué)研究院