大跨度斜拉橋局部與整體相關(guān)屈曲極限承載力分析基本信息

采用6千瓦CO2和3千瓦YAG激光、同步送粉方法在鋼和鑄鋁合金表面分別熔覆TiC/Ni合金、過共晶AlSi基合金梯度涂層，就光束能量場(chǎng)對(duì)激光熔池溫度梯度與流場(chǎng)的控制作用、硬質(zhì)顆粒在熔池中的快速成長(zhǎng)大與運(yùn)移行為以及梯度涂層的組織特征等進(jìn)行了深入研究。發(fā)現(xiàn)TiC顆粒的快速長(zhǎng)大主要依賴碰撞與合并，而凝固前沿對(duì)小顆粒TiC的優(yōu)先捕獲決定了涂層梯度組織的原位生成；AlSi基合金梯度涂層中初晶Si顆粒及Al3Ni2棒狀相的快速生長(zhǎng)是成分深度過冷與對(duì)流促使溶質(zhì)有效輸運(yùn)共同作用的結(jié)果，它們的粒度與含量梯度分布規(guī)律受其存在于熔池中的時(shí)間長(zhǎng)短和涂層稀釋度控制；從而建立了激光熔覆梯度涂層的自組織模型。研制的具有江聚粉末束與保護(hù)熔池雙重效用的粉末噴頭已報(bào)專利。

薄壁截面特性使冷成型鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)力學(xué)行為更加復(fù)雜，開口截面冷彎薄壁型鋼構(gòu)件更容易發(fā)生局部、整體和畸變屈曲。局部和畸變都具有屈曲后強(qiáng)度，在一定條件下會(huì)與其他屈曲模式相關(guān)，且相關(guān)屈曲的極限承載力較低。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于畸變屈曲方面的研究還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，特別是畸變與整體相關(guān)屈曲的研究未系統(tǒng)開展。本項(xiàng)目對(duì)冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件畸變與整體相關(guān)屈曲性能進(jìn)行研究，對(duì)其失穩(wěn)力學(xué)機(jī)理、破壞模式、極限承載力進(jìn)行研究。建立了畸變與整體相關(guān)屈曲模式的理論分析模型；提出了識(shí)別畸變屈曲、整體屈曲、畸變與整體相關(guān)屈曲的判定準(zhǔn)則，給出了相應(yīng)的臨界條件；提出了畸變與整體相關(guān)屈曲的設(shè)計(jì)理論和簡(jiǎn)化計(jì)算方法。 （1）通過有限元精細(xì)化分析模型對(duì)冷彎薄壁C型鋼軸壓構(gòu)件進(jìn)行了相關(guān)屈曲模式及其發(fā)生的力學(xué)機(jī)理、變形特征；研究了截面幾何參數(shù)對(duì)畸變與整體相關(guān)屈曲行為的影響；提出了畸變與整體相關(guān)屈曲的理論分析模型。 （2）對(duì)不同截面尺寸的68個(gè)冷彎薄壁型鋼構(gòu)件（包括腹板開洞情況）進(jìn)行極限承載力試驗(yàn)研究。研究了構(gòu)件畸變屈曲后與整體屈曲相互作用的承載力性能；研究了構(gòu)件畸變與整體相關(guān)屈曲的變形模式、截面幾何參數(shù)對(duì)畸變與整體相關(guān)屈曲行為的影響，畸變屈曲后與整體屈曲相互作用的極限承載力。 （3）研究畸變與整體相關(guān)屈曲構(gòu)件的設(shè)計(jì)理論與設(shè)計(jì)方法。對(duì)當(dāng)前國(guó)際上流行的直接強(qiáng)度法（DSM）畸變與整體相關(guān)屈曲計(jì)算公式，通過收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，并給出了判定準(zhǔn)則。 2100433B

薄壁截面特性使冷成型鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)力學(xué)行為更加復(fù)雜，開口截面冷彎薄壁型鋼構(gòu)件更容易發(fā)生局部、整體和畸變屈曲。局部和畸變都具有屈曲后強(qiáng)度，在一定條件下會(huì)與其他屈曲模式相關(guān)，且相關(guān)屈曲的極限承載力較低。由于畸變屈曲行為的復(fù)雜性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于畸變屈曲方面的研究還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。目前的研究主要集中于畸變屈曲，而對(duì)畸變相關(guān)屈曲的研究仍不深入系統(tǒng)，特別是畸變與整體相關(guān)屈曲的研究還未系統(tǒng)開展。本項(xiàng)目將對(duì)冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件畸變與整體相關(guān)屈曲進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。采用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)其失穩(wěn)力學(xué)機(jī)理、破壞模式、極限承載力進(jìn)行研究。建立畸變與整體彎曲、扭轉(zhuǎn)、彎扭相關(guān)屈曲模式的理論分析模型，明確其力學(xué)機(jī)理和變形特征；提出能識(shí)別畸變屈曲、整體屈曲、畸變與整體相關(guān)屈曲的判定準(zhǔn)則，給出相應(yīng)的臨界條件；提出畸變與整體相關(guān)屈曲的設(shè)計(jì)理論和簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

針對(duì)大跨度斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變研究中亟待解決的基礎(chǔ)性問題，從理論分析、數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、工程應(yīng)用四個(gè)方面，深入研究強(qiáng)（臺(tái)）風(fēng)場(chǎng)作用下大跨度斜拉橋的動(dòng)力學(xué)行為、損傷破壞演化機(jī)理及其過程，主要包括：1) 揭示大跨度斜拉橋的多尺度物理機(jī)制及其耦合機(jī)理，建立強(qiáng)（臺(tái)）風(fēng)場(chǎng)作用下大跨度斜拉橋基于物理的、一體化的動(dòng)力行為描述與分析方法；2) 研究大跨度斜拉橋在強(qiáng)（臺(tái)）風(fēng)場(chǎng)作用下材料尺度的損傷演化行為及損傷累積效應(yīng)，揭示損傷演化從材料尺度向構(gòu)件尺度發(fā)展的機(jī)理和特性，在此基礎(chǔ)上研究構(gòu)件尺度的損傷演化規(guī)律及其失效破壞機(jī)理；3) 研究大跨度斜拉橋構(gòu)件尺度破壞與整體結(jié)構(gòu)尺度破壞之間的關(guān)系，建立大跨度斜拉橋風(fēng)致災(zāi)變破壞的預(yù)測(cè)方法，并將研究成果進(jìn)一步應(yīng)用于國(guó)家重點(diǎn)工程蘇通長(zhǎng)江大橋的結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)預(yù)警系統(tǒng)。. 本項(xiàng)目?jī)?nèi)容是重大工程結(jié)構(gòu)損傷積累、健康監(jiān)測(cè)與安全評(píng)定研究中亟待解決的核心問題，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。