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铝合金与钢材和钢筋混凝土相比具有重量轻、强度高和耐腐蚀等优点,因而铝合金越来越广泛地应用于建筑结构和桥梁中。铝合金材料在桥梁的第一次应用是1933年美国匹兹堡Smithfield街桥使用铝合金桥面板替代原有的桥面板。随后世界各地建造了许多铝合金桥梁。目前国外对铝合金桥梁和结构研究比较深入。美国和欧洲制定了铝合金结构的相关规范,并研究了可应用于工程实践的铝合金桥梁的结构型式,例如美国的Alumadeck铝合金主梁系统和瑞典的SAPA FRONT主梁系统。中国虽然在铝合金结构的研究方面已经取得了一些成果,但对铝合金桥梁的研究几乎处于空白状态。本文以铝合金桥梁主梁为主要研究对象,主要进行了以下几个方面的工作:1.介绍了铝合金物理、力学特性,并详细介绍了包括Osgood模型在内的三种铝合金材料本构关系模型;给出了铝合金桥梁的定义和应用分类,详细介绍了铝合金桥梁的发展历史;通过与钢材的对比,指出了铝合金桥梁独特的优势。最后综述了铝合金构件、结构和桥梁的研究现状。2.对铝合金工字梁构件进行了在跨中荷载作用下弯扭线性和非线性屈曲的数值研究,与已有试验研究结果进行了对比分析,证明了兰伯格一奥斯古德模型模拟铝合金材料本构关系的合理性和有限元分析的精确性。3.介绍了已有的铝合金桥梁主梁结构特点和应用范围,在简要介绍拓扑优化理论的基础上,根据《公路桥梁设计通用规范》(JTG D60-2004)设计了铝合金主梁拓扑分析工况,通过拓扑优化得到铝合金主梁概念模型,并提出铝合金主梁合理断面形式的设计思路。4.根据第三章拓扑分析得到的铝合金主梁的断面形状,并考虑到我国目前铝合金挤压型材生产能力,设计了两种断面形式的铝合金主梁,并进行相应的静力分析对比得到最优的主梁结构型式。最后应用ANSYS商业软件对铝合金主梁断面的细部尺寸进行了优化分析。5.以一座铝合金人行桥为工程背景,计算了铝合金人行桥的刚度、自振频率和特征屈曲系数。将第四章设计的铝合金主梁做为该铝合金人行桥的桥面板,并计算相应的结构刚度、自振频率和特征屈曲系数。