大跨度斜拉橋局部與整體相關屈曲極限承載力分析項目摘要

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，就光束能量場對激光熔池溫度梯度與流場的控制作用、硬質顆粒在熔池中的快速成長大與運移行為以及梯度涂層的組織特征等進行了深入研究。發(fā)現(xiàn)TiC顆粒的快速長大主要依賴碰撞與合并，而凝固前沿對小顆粒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棒狀相的快速生長是成分深度過冷與對流促使溶質有效輸運共同作用的結果，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間長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熔池雙重效用的粉末噴頭已報專利。

薄壁截面特性使冷成型鋼結構的失穩(wěn)力學行為更加復雜，開口截面冷彎薄壁型鋼構件更容易發(fā)生局部、整體和畸變屈曲。局部和畸變都具有屈曲后強度，在一定條件下會與其他屈曲模式相關，且相關屈曲的極限承載力較低。國內外學者對于畸變屈曲方面的研究還沒有形成統(tǒng)一的認識，特別是畸變與整體相關屈曲的研究未系統(tǒng)開展。本項目對冷彎薄壁型鋼受壓構件畸變與整體相關屈曲性能進行研究，對其失穩(wěn)力學機理、破壞模式、極限承載力進行研究。建立了畸變與整體相關屈曲模式的理論分析模型；提出了識別畸變屈曲、整體屈曲、畸變與整體相關屈曲的判定準則，給出了相應的臨界條件；提出了畸變與整體相關屈曲的設計理論和簡化計算方法。 （1）通過有限元精細化分析模型對冷彎薄壁C型鋼軸壓構件進行了相關屈曲模式及其發(fā)生的力學機理、變形特征；研究了截面幾何參數(shù)對畸變與整體相關屈曲行為的影響；提出了畸變與整體相關屈曲的理論分析模型。 （2）對不同截面尺寸的68個冷彎薄壁型鋼構件（包括腹板開洞情況）進行極限承載力試驗研究。研究了構件畸變屈曲后與整體屈曲相互作用的承載力性能；研究了構件畸變與整體相關屈曲的變形模式、截面幾何參數(shù)對畸變與整體相關屈曲行為的影響，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屈曲構件的設計理論與設計方法。對當前國際上流行的直接強度法（DSM）畸變與整體相關屈曲計算公式，通過收集實驗數(shù)據庫進行了研究，提出了相應的設計理論和計算方法，并給出了判定準則。 2100433B

薄壁截面特性使冷成型鋼結構的失穩(wěn)力學行為更加復雜，開口截面冷彎薄壁型鋼構件更容易發(fā)生局部、整體和畸變屈曲。局部和畸變都具有屈曲后強度，在一定條件下會與其他屈曲模式相關，且相關屈曲的極限承載力較低。由于畸變屈曲行為的復雜性，國內外學者對于畸變屈曲方面的研究還沒有形成統(tǒng)一的認識。目前的研究主要集中于畸變屈曲，而對畸變相關屈曲的研究仍不深入系統(tǒng)，特別是畸變與整體相關屈曲的研究還未系統(tǒng)開展。本項目將對冷彎薄壁型鋼受壓構件畸變與整體相關屈曲進行系統(tǒng)深入的研究。采用試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結合的方法，對其失穩(wěn)力學機理、破壞模式、極限承載力進行研究。建立畸變與整體彎曲、扭轉、彎扭相關屈曲模式的理論分析模型，明確其力學機理和變形特征；提出能識別畸變屈曲、整體屈曲、畸變與整體相關屈曲的判定準則，給出相應的臨界條件；提出畸變與整體相關屈曲的設計理論和簡化計算方法。

針對大跨度斜拉橋風致災變研究中亟待解決的基礎性問題，從理論分析、數(shù)值模擬、試驗研究和現(xiàn)場測試、工程應用四個方面，深入研究強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋的動力學行為、損傷破壞演化機理及其過程，主要包括：1) 揭示大跨度斜拉橋的多尺度物理機制及其耦合機理，建立強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋基于物理的、一體化的動力行為描述與分析方法；2) 研究大跨度斜拉橋在強（臺）風場作用下材料尺度的損傷演化行為及損傷累積效應，揭示損傷演化從材料尺度向構件尺度發(fā)展的機理和特性，在此基礎上研究構件尺度的損傷演化規(guī)律及其失效破壞機理；3) 研究大跨度斜拉橋構件尺度破壞與整體結構尺度破壞之間的關系，建立大跨度斜拉橋風致災變破壞的預測方法，并將研究成果進一步應用于國家重點工程蘇通長江大橋的結構整體狀態(tài)預警系統(tǒng)。. 本項目內容是重大工程結構損傷積累、健康監(jiān)測與安全評定研究中亟待解決的核心問題，具有重要的學術價值。