拱形管桁架结构的平面外稳定性及设计方法研究

摘要

近代钢结构逐渐兴起，失稳是引起结构破坏倒塌的重要因素。对于立体桁架稳定，尤其是非直线型的拱形管桁架，大多数研究集中于平面内稳定性研究，平面外稳定的设计方法并没有系统的建立。立体桁架作为近些年新兴的一种新型结构，有必要研究其平面外稳定并提出有关设计方法。
　　本文首先分析拱形管桁架内力分布，观察内力分布规律，同时研究其失稳形式以及屈曲荷载的影响因素。然后，结合立体桁架几何关系，运用平衡法和数值拟合法，建立拱形管桁架的平面外弹性设计方法，最终通过有限元法探究拱形管桁架弹塑性稳定设计方法。
　　通过研究获得如下结论:
　　(1)拱形管桁架平面外稳定性受到矢跨比与宽高比共同影响，矢跨比处于0.1至0.4之间时，矢跨比越大，平面外稳定性越小;宽高比处于0.5至1.5之间时，宽高比越大，平面外稳定性越大;全跨荷载布置的平面外稳定性高于半跨荷载布置;固支拱脚与销支拱脚的平面外稳定性均高于铰支拱脚。
　　(2)在进行弹性屈曲分析中，平衡法推导出构件的抗弯刚度与自由扭转刚度;在矢跨比处于0.1至0.4之间，宽高比处于0.5至1.5之间时，拱形管桁架在铰支约束下的弹性平面外稳定设计方法可以沿用实腹式拱的设计方法，而固支约束下的弹性平面外设计方法需要数值拟合确定，最终整合的弹性平面外稳定设计方法经有限元验证，均满足精度要求。
　　(3)弹塑性屈曲分析中，在矢跨比处于0.1至0.4之间，宽高比处于0.5至1.5之间时，初始一致缺陷对其平面外影响不可忽略，一致缺陷越大，平面外稳定性越低;拱脚形式、荷载形式与弹性屈曲研究结果一致;数值拟合纯压、纯弯情况设计方法，均可采用类似曲线进行研究，其中弦杆、腹杆几何尺寸不影响平面外稳定，可以忽略;弦杆节间长度影响平面外稳定，纯压下弦杆节间长度影响系数取0.8，纯弯下弦杆节间长度影响系数取0.7，最终整合弹塑性平面外稳定设计方法，经有限元验证满足精度要求，为拱形管桁架在工程中提供设计依据。

目录

摘要

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究成果及发展

1．2．1 国外研究成果及发展

1．2．2 国内研究成果及发展

1．3 课题的主要内容及技术路线

1．3．1 研究主要内容

1．3．2 研究技术路线

2．1 稳定问题分类

2．2 分析方法

3．1 有限元模型

3．2 线性内力分析

3．3 特征值屈曲分析

3．3．1 荷载形式与截面形式的影响

3．3．2 边界约束的影响

3．4 本章小结

4 拱形管桁架平面外弹性稳定设计

4．1 纯压拱形管桁架设计

4．1．1 两铰纯压拱形管桁架设计

4．1．2 固支纯压拱形管桁架设计

4．2 纯弯拱形管桁架设计

4．2．1 两铰纯弯拱形管桁架设计

4．2．2 固支纯弯拱形管桁架设计

4．3 压弯复合拱形管桁架弹性设计

4．4 本章小结

5 拱形管桁架平面外弹塑性稳定设计

5．1 结构非线性分析

5．1．1 初始缺陷的影响

5．1．2 拱脚的影响

5．2 纯压拱形管桁架弹塑性设计

5．3 纯弯拱形管桁架弹塑性设计

5．4 杆件的影响

5．4．1 弦杆的影响

5．4．2 腹杆的影响

5．5 压弯复合拱形管桁架弹塑性设计

5．6 本章小结

6 结论

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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