1.顶板弯曲应力分析
分别采用经典梁理论和有限元模型对跨中顶板弯曲压应力进行分析。施工过程中箱梁经历了两个关键工况：工况一：钢箱梁自重；工况二：钢箱梁自重＋混凝土压重（80 t）。因此按这两个工况分别分析顶板的弯曲应力分布，结果如图7.7所示。
图7.7 跨中顶板正应力
经典梁计算值与有限元值差异很大，说明对于钢箱梁这种薄壁结构，采用经典梁理论进行计算会产生很大误差。施加混凝土压重后，顶板压应力增加50% 以上，是导致箱梁垮塌的直接原因。
2.顶板临界屈曲应力分析
箱梁顶板为受压加劲板，根据上述理论模型，可得到其先后出现的典型屈曲失稳模态：① 中箱顶板的局部屈曲；② 中箱加劲板的类柱屈曲；③ 边箱加劲板的类柱屈曲。如表 7.2所示，屈曲临界应力理论值和有限元值吻合得很好。由表7.2图（a）可见，中箱顶板局部屈曲最早出现，失稳导致的高差使得后面工序中两边顶板无法对接，与计算结果一致。(www.xing528.com)
表7.2 临界屈曲应力及屈曲模态
3.连续垮塌过程分析
根据顶板应力分布和临界屈曲应力的分析结果，可确定西门大桥的连续垮塌过程为：箱梁中部顶板翼缘在自重作用下首先产生局部屈曲，产生高差，顶板刚度减小；为消除高差以方便半桥的连接，施加 80 t 混凝土压重，顶板弯曲应力增加超过50%，超过中箱顶板临界屈曲应力，该处顶板失稳而失去 30% 刚度，边箱顶板应力继续增加30%；边箱顶板应力超过其临界屈曲应力后发生屈曲，最终全桥整体垮塌。图 7.8 为连续垮塌过程中顶底板弯曲应力变化情况，基于理论模型，采用ANSYS软件中的生死单元功能[12]模拟连续垮塌过程中的刚度消减效应，实现结构的连续垮塌过程模拟。连续垮塌过程中底板拉应力均小于屈服强度，如图7.8（b），因此箱梁的垮塌原因是施工过程中受压顶板逐步失稳。
图7.8 连续垮塌过程中箱梁翼板弯曲应力变化情况
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