大跨度斜拉桥局部与整体相关屈曲极限承载力分析

采用6千瓦CO2和3千瓦YAG激光、同步送粉方法在钢和铸铝合金表面分别熔覆TiC/Ni合金、过共晶AlSi基合金梯度涂层，就光束能量场对激光熔池温度梯度与流场的控制作用、硬质颗粒在熔池中的快速成长大与运移行为以及梯度涂层的组织特征等进行了深入研究。发现TiC颗粒的快速长大主要依赖碰撞与合并，而凝固前沿对小颗粒TiC的优先捕获决定了涂层梯度组织的原位生成；AlSi基合金梯度涂层中初晶Si颗粒及Al3Ni2棒状相的快速生长是成分深度过冷与对流促使溶质有效输运共同作用的结果，它们的粒度与含量梯度分布规律受其存在于熔池中的时间长短和涂层稀释度控制；从而建立了激光熔覆梯度涂层的自组织模型。研制的具有江聚粉末束与保护熔池双重效用的粉末喷头已报专利。

薄壁截面特性使冷成型钢结构的失稳力学行为更加复杂，开口截面冷弯薄壁型钢构件更容易发生局部、整体和畸变屈曲。局部和畸变都具有屈曲后强度，在一定条件下会与其他屈曲模式相关，且相关屈曲的极限承载力较低。国内外学者对于畸变屈曲方面的研究还没有形成统一的认识，特别是畸变与整体相关屈曲的研究未系统开展。本项目对冷弯薄壁型钢受压构件畸变与整体相关屈曲性能进行研究，对其失稳力学机理、破坏模式、极限承载力进行研究。建立了畸变与整体相关屈曲模式的理论分析模型；提出了识别畸变屈曲、整体屈曲、畸变与整体相关屈曲的判定准则，给出了相应的临界条件；提出了畸变与整体相关屈曲的设计理论和简化计算方法。 （1）通过有限元精细化分析模型对冷弯薄壁C型钢轴压构件进行了相关屈曲模式及其发生的力学机理、变形特征；研究了截面几何参数对畸变与整体相关屈曲行为的影响；提出了畸变与整体相关屈曲的理论分析模型。 （2）对不同截面尺寸的68个冷弯薄壁型钢构件（包括腹板开洞情况）进行极限承载力试验研究。研究了构件畸变屈曲后与整体屈曲相互作用的承载力性能；研究了构件畸变与整体相关屈曲的变形模式、截面几何参数对畸变与整体相关屈曲行为的影响，畸变屈曲后与整体屈曲相互作用的极限承载力。 （3）研究畸变与整体相关屈曲构件的设计理论与设计方法。对当前国际上流行的直接强度法（DSM）畸变与整体相关屈曲计算公式，通过收集实验数据库进行了研究，提出了相应的设计理论和计算方法，并给出了判定准则。 2100433B

薄壁截面特性使冷成型钢结构的失稳力学行为更加复杂，开口截面冷弯薄壁型钢构件更容易发生局部、整体和畸变屈曲。局部和畸变都具有屈曲后强度，在一定条件下会与其他屈曲模式相关，且相关屈曲的极限承载力较低。由于畸变屈曲行为的复杂性，国内外学者对于畸变屈曲方面的研究还没有形成统一的认识。目前的研究主要集中于畸变屈曲，而对畸变相关屈曲的研究仍不深入系统，特别是畸变与整体相关屈曲的研究还未系统开展。本项目将对冷弯薄壁型钢受压构件畸变与整体相关屈曲进行系统深入的研究。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方法，对其失稳力学机理、破坏模式、极限承载力进行研究。建立畸变与整体弯曲、扭转、弯扭相关屈曲模式的理论分析模型，明确其力学机理和变形特征；提出能识别畸变屈曲、整体屈曲、畸变与整体相关屈曲的判定准则，给出相应的临界条件；提出畸变与整体相关屈曲的设计理论和简化计算方法。

针对大跨度斜拉桥风致灾变研究中亟待解决的基础性问题，从理论分析、数值模拟、试验研究和现场测试、工程应用四个方面，深入研究强（台）风场作用下大跨度斜拉桥的动力学行为、损伤破坏演化机理及其过程，主要包括：1) 揭示大跨度斜拉桥的多尺度物理机制及其耦合机理，建立强（台）风场作用下大跨度斜拉桥基于物理的、一体化的动力行为描述与分析方法；2) 研究大跨度斜拉桥在强（台）风场作用下材料尺度的损伤演化行为及损伤累积效应，揭示损伤演化从材料尺度向构件尺度发展的机理和特性，在此基础上研究构件尺度的损伤演化规律及其失效破坏机理；3) 研究大跨度斜拉桥构件尺度破坏与整体结构尺度破坏之间的关系，建立大跨度斜拉桥风致灾变破坏的预测方法，并将研究成果进一步应用于国家重点工程苏通长江大桥的结构整体状态预警系统。. 本项目内容是重大工程结构损伤积累、健康监测与安全评定研究中亟待解决的核心问题，具有重要的学术价值。