本发明专利技术公开了一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定试验方法，包括：确定大跨度铁路桥梁的压杆稳定加载装置；选取截面为工字型或箱型的Q500高强钢试件作为压杆；在压杆上布置应变片和位移计；采用试验加载机对压杆进行逐级加载：通过位移计测量压杆中部的面外位移，并通过应变片测量压杆的应力；根据压杆中部的面外位移和压杆中部截面的最大应力判断压杆是否失稳，分析面外位移和不同荷载之间的关系。本发明专利技术还提供了一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定计算方法。本发明专利技术的有益效果为：从理论上分析了初始缺陷、材料性能、残余应力这些因素与压杆稳定之间的关系；从试验上分析了残余应力对压杆整体稳定性的影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铁路桥梁
，具体而言，涉及一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定计算和试验方法。
技术介绍
我国在大跨度钢桥建设上某些指标已经赶超世界先进水平，但基础理论研究却落后较多，严重滞后于工程实践。随着我国桥梁建设的发展，钢桥跨径不断增大，广泛采用高强钢并向全焊形式发展，桥塔高耸化、箱梁薄壁化，使结构整体和局部的刚度下降，稳定问题显得比以往更为重要，迫切需要对钢桥结构稳定极限承载力进行深入的理论研究和模型试验。研究桥梁结构的稳定极限承载力，不仅可以用于极限状态设计，而且可以了解桥梁结构的破坏形式，准确地知道结构在给定荷载下的安全储备和超载能力，为其安全施工和营运管理提供依据和保障。对于铁路压杆稳定试验设备，足尺压杆稳定试验极限承载力大，试验装置结构庞大，测试手段复杂，占地空间大。而关于大型压杆稳定试验装置和试验方法，并没有特定的设备和方法。大型压杆稳定试验主要是基于现有的加载设备做相关的加载装置设计和改进来进行压杆试验。国内一些研究机构专利技术研制了一些小型的压杆试验设备，主要用于教学试验。烟台大学专利技术的压杆稳定设备，底座部分与试验机的油缸活塞杆相联接，加载部分通过铡球与试验机L横梁实现铰接，压杆安装在矩形加载框内，在压杆上、中、下三个部位对称粘贴电阻应变片以判断压杆是否处于直线平衡状态，荷载、应变的测试通过试验机自带的多通道数据采集分析系统完成。侧向支撑装置安装在加载架的中间位置，通过压杆“U”型支撑调整压杆中间位置以达到调直的目的，侧向干扰装置紧贴中间调直支撑装置。中国石油大学研究设计了另一种投资少、结构简单的小型化台式压杆稳定试验装置和试验方法，同样是加载能力有限。总结来看，现有的压杆稳定研究存在的缺陷主要有：1、大型压杆稳定试验支座装置不统一，主要包括双刀口支座和球铰支座，不同的支座形式对试验结果存在一定的影响；2、大型足尺桥梁压杆稳定试验极限承载力很大，需配置大吨位加载机，一般试验室加载设备的加载能力很难满足试验要求，因此目前的压杆稳定试验往往采用缩尺模型，缩尺模型的残余应力分布可能与足尺模型存在一定差异；3、残余应力是影响压杆稳定性能的一个重要参数，以往的铁路钢桥研究虽然进行了残余应力测试，但并没有直观通过试验反应残余应力对压杆稳定性能的影响程度；4、先前的铁路钢桥压杆稳定研究最高强度级别的钢材仅到420MPa，而更高级别的Q500q钢已经应用于沪通长江大桥、镇江长江大桥中，受到建筑限高的影响，高强钢Q500q杆件的长度虽然没有明显增加，但是截面却相迎减小，因此相对于低强度钢，长细比明显增加，稳定问题就显的更加突出，然而到目前并没有Q500q压杆稳定的相关研究；5、初始缺陷(加载初始偏心和杆件初始弯曲)是影响压杆稳定性能的另一重要因素，然而实际杆件中初始缺陷的量值却是随机的，既往研究对初始缺陷进行统计归纳，得到了初始缺陷计算公式，但是初始缺陷对压杆稳定影响程度并没有相关的研究。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定计算和试验方法，研究了残余应力与压杆整体稳定性之间的关系，同时分析了初始缺陷对稳定性能的影响程度。本专利技术提供了一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定试验方法，该方法包括：步骤A1，确定大跨度铁路桥梁的压杆稳定加载装置，所述压杆稳定加载装置采用球铰支座作为支座装置，所述压杆稳定加载装置包括压杆、单向转动铰支座和全转动球铰支座，其中，所述全转动球铰支座设置在所述压杆的上端，所述单向转动铰支座设置在所述压杆的下端；步骤A2，选取截面为工字型或箱型的Q500高强钢试件作为所述压杆；步骤A3，在所述压杆上布置应变片和位移计，具体包括：步骤A31，在所述压杆的中部布置位移计，同时，在所述位移计两侧对称布置第一应变片和第二应变片；步骤A32，在所述压杆的上部对称布置第三应变片和第四应变片；步骤A33，在所述压杆的下部对称布置第五应变片和第六应变片；步骤A34，控制调节所述压杆使所述压杆对正，保证无偏心加载；步骤A4，采用试验加载机对所述压杆进行逐级加载，具体包括：步骤A41，当施加荷载在估算荷载的0％～50％时，每级荷载20t；当施加荷载在估算荷载的50％～80％时，每级荷载10t；当施加荷载达到估算荷载的80％后，每级荷载调整为5t；其中，每级荷载之间停留时间为2min；当达到极限承载力时，执行步骤A42；步骤A42，停滞加载，保持千斤顶回油阀为关闭状态，持续3min；步骤A43，缓慢平稳的打开所述千金顶回油阀，将荷载逐渐卸载至零；步骤A5，通过所述位移计测量所述压杆中部的面外位移，并通过所述第一应变片和所述第二应变片测量所述压杆中部截面各个位置的应变随荷载的变化；通过所述第三应变片和所述第四应变片测量所述压杆上部的应力；同时，通过所述第五应变片和所述第六应变片测量所述压杆下部的应力；步骤A6，根据所述压杆中部的面外位移和所述压杆中部截面的最大应力判断所述压杆是否失稳，分析面外位移和不同荷载之间的关系。作为本专利技术进一步的改进，在步骤A2中，对工字型截面的试件进行580～600摄氏度2小时回火处理。作为本专利技术进一步的改进，步骤A4中的试验加载机的加载吨位为2000吨。本专利技术还提供了一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定计算方法，该方法包括以下步骤：步骤B1，选定大跨度铁路桥梁的压杆稳定加载装置，其中，所述压杆稳定加载装置包括压杆、单向转动铰支座和全转动球铰支座，其中，所述全转动球铰支座设置在所述压杆的上端，所述单向转动铰支座设置在所述压杆的下端；步骤B2，选取截面为工字型或箱型的Q500高强钢试件作为所述压杆；步骤B3，采用有限元模块Abaqus建立所述压杆稳定加载装置的有限元
模型，其中，所述压杆顶端的截面耦合于一点作为荷载施加端，所述压杆底端的截面耦合于一点作为固定端，所述固定端的耦合点三向位移全约束，所述加载端的耦合点三向位移仅释放顺压杆方向；步骤B4，基于极限承载力理论，采用弧长法进行整体稳定分析，具体包括：步骤B41，计算出理想条件下、试验材性下和铁路规范条件下，所述压杆采用的Q500在不同材性下的稳定系数计算值，确定采用铁路规范的稳定系数计算值；步骤B42，计算所述压杆中部的初始缺陷值e：e＝eP+eL，上式中，eP为所述荷载施加端的荷载初始偏心值，eL为所述压杆中部的初始扰度，其中，eL=0.00143(0.01λ-0.3)L30≤λ<1000.001L100≤λ,]]>eP＝0.008b，上式中，λ为所述压杆的长细比，b为所述压杆的截面高度，L为所述压杆的长度；步骤B43，计算不同长细比的压杆的压杆稳定系数；步骤B44，分析不同长细比的压杆初始缺陷值和压杆稳定系数之间的关系；步骤B45，分析不同的压杆截面边缘残余应力对压杆稳定系数的影响，确定选取的边缘残余应力。作为本专利技术进一步的改进，步骤B45中，压杆截面边缘残余应力的取值范围为0～0.5fy，其中fy为屈服点。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的计算方法，从理论上分析了初始缺陷、材料性能、残余应力这些因素与压杆稳定之间的关系。2、本专利技术的试验方法，从试验上分析了残余应力对压杆整体稳定性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定试验方法，其特征在于，该方法包括：步骤A1，确定大跨度铁路桥梁的压杆稳定加载装置，所述压杆稳定加载装置采用球铰支座作为支座装置，所述压杆稳定加载装置包括压杆、单向转动铰支座和全转动球铰支座，其中，所述全转动球铰支座设置在所述压杆的上端，所述单向转动铰支座设置在所述压杆的下端；步骤A2，选取截面为工字型或箱型的Q500高强钢试件作为所述压杆；步骤A3，在所述压杆上布置应变片和位移计，具体包括：步骤A31，在所述压杆的中部布置位移计，同时，在所述位移计两侧对称布置第一应变片和第二应变片；步骤A32，在所述压杆的上部对称布置第三应变片和第四应变片；步骤A33，在所述压杆的下部对称布置第五应变片和第六应变片；步骤A34，控制调节所述压杆使所述压杆对正，保证无偏心加载；步骤A4，采用试验加载机对所述压杆进行逐级加载，具体包括：步骤A41，当施加荷载在估算荷载的0％～50％时，每级荷载20t；当施加荷载在估算荷载的50％～80％时，每级荷载10t；当施加荷载达到估算荷载的80％后，每级荷载调整为5t；其中，每级荷载之间停留时间为2min；当达到极限承载力时，执行步骤A42；步骤A42，停滞加载，保持千斤顶回油阀为关闭状态，持续3min；步骤A43，缓慢平稳的打开所述千金顶回油阀，将荷载逐渐卸载至零；步骤A5，通过所述位移计测量所述压杆中部的面外位移，并通过所述第一应变片和所述第二应变片测量所述压杆中部截面各个位置的应变随荷载的变化；通过所述第三应变片和所述第四应变片测量所述压杆上部的应力；同时，通过所述第五应变片和所述第六应变片测量所述压杆下部的应力；步骤A6，根据所述压杆中部的面外位移和所述压杆中部截面的最大应力判断所述压杆是否失稳，分析面外位移和不同荷载之间的关系。...
【技术特征摘要】
1.一种大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定试验方法，其特征在于，该方法包括：步骤A1，确定大跨度铁路桥梁的压杆稳定加载装置，所述压杆稳定加载装置采用球铰支座作为支座装置，所述压杆稳定加载装置包括压杆、单向转动铰支座和全转动球铰支座，其中，所述全转动球铰支座设置在所述压杆的上端，所述单向转动铰支座设置在所述压杆的下端；步骤A2，选取截面为工字型或箱型的Q500高强钢试件作为所述压杆；步骤A3，在所述压杆上布置应变片和位移计，具体包括：步骤A31，在所述压杆的中部布置位移计，同时，在所述位移计两侧对称布置第一应变片和第二应变片；步骤A32，在所述压杆的上部对称布置第三应变片和第四应变片；步骤A33，在所述压杆的下部对称布置第五应变片和第六应变片；步骤A34，控制调节所述压杆使所述压杆对正，保证无偏心加载；步骤A4，采用试验加载机对所述压杆进行逐级加载，具体包括：步骤A41，当施加荷载在估算荷载的0％～50％时，每级荷载20t；当施加荷载在估算荷载的50％～80％时，每级荷载10t；当施加荷载达到估算荷载的80％后，每级荷载调整为5t；其中，每级荷载之间停留时间为2min；当达到极限承载力时，执行步骤A42；步骤A42，停滞加载，保持千斤顶回油阀为关闭状态，持续3min；步骤A43，缓慢平稳的打开所述千金顶回油阀，将荷载逐渐卸载至零；步骤A5，通过所述位移计测量所述压杆中部的面外位移，并通过所述第一应变片和所述第二应变片测量所述压杆中部截面各个位置的应变随荷载的变化；通过所述第三应变片和所述第四应变片测量所述压杆上部的应力；同时，通过所述第五应变片和所述第六应变片测量所述压杆下部的应力；步骤A6，根据所述压杆中部的面外位移和所述压杆中部截面的最大应力判断所述压杆是否失稳，分析面外位移和不同荷载之间的关系。2.根据权利要求1所述的大跨度铁路桥梁Q500高强钢压杆稳定试验方法，其特征在于，在步骤A2中，对工字型截面的试件进行580～600摄氏度2
\t小时回火处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：鞠晓臣，田越，赵欣欣，王丽，赵体波，胡所亭，刘晓光，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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