拱形管桁架结构的平面外稳定性及设计方法研究
发布时间：2021-01-02 21:35
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...
【文章来源】：西安工业大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倒三角形拱形管桁架三维模型
西安工业大学硕士学位论文1.1.2 研究意义拱形管桁架同时拥有管桁架和拱的优点，因此在工程中的应用范围越来越广。拱形管桁架可以实现大跨度的稳定承载体系，节约钢材，并且造型充满动感，实现结构之力学美的表达。随着大跨结构的应用，拱形管桁架将会有美好的发展前景，产生可观的经济效益，随之产生的稳定安全问题是每个结构研究者研究的重心。拱形管桁架的应用见图 1.2。
作用于结构和构件的荷载达到某一值时，继续增大荷载，结构和构件的平改变，此时，这种现象称为结构和构件的失稳或屈曲。结构设计中，结构和构件的稳定十分重要，其失稳形式根据性质可归为以1）平衡分叉失稳构不受到荷载时处于唯一平衡状态，当荷载作用在结构上越来越大时，又衡状态。失稳时，对应的荷载称为临界荷载或屈曲荷载。这类失稳称为平大多发生于中心受压柱、中面受压平板、受弯构件和受压的柱壳等。图 2.1 所示轴心受压构件为例，说明此类失稳特点。图 2.1(a)为没有产生支压杆；图 2.1(b)为受到荷载影响产生横向弯曲的简支压杆；图 2.1(c)为荷载 FP-挠度 Δ 曲线。由图 2.1(c)可以看出，当 FP＜FPcr时，结构始终保平衡状态，当 FP＞FPcr时，结构由原先直线型的平衡状态转变为微小弯曲现出两个可能的平衡途径，即 AB 或 AB’曲线。FPcr称为结构能承受的临界荷载。因为分叉点出现在同一个荷载点，因此这种失稳现象称为平衡分叉
【参考文献】：
期刊论文
[1]Trefftz有限元法的研究进展[J]. 王克用,李培超. 力学与实践. 2017(05)
[2]某大型复杂网架结构的缺陷分析[J]. 武君君,李亮,李贺贺. 钢结构. 2017(03)
[3]空间倒三角形管桁架的整体稳定研究[J]. 马宏伟,侯喆辰,叶亮. 钢结构. 2017(02)
[4]平面桁架拱平面外弹性稳定及设计方法研究[J]. 赵思远,王宏,郭彦林. 建筑结构. 2016(S1)
[5]平面钢管桁架拱平面外稳定试验研究与有限元分析[J]. 黄政华,李睿,黄勇,段渝忠. 建筑结构学报. 2015(09)
[6]倒三角截面空间桁架拱平面外弹塑性稳定设计方法研究[J]. 赵思远,郭彦林,窦超. 工程力学. 2014(09)
[7]冷弯薄壁C型构件的屈曲模态形成与变形相关作用[J]. 彭雄,杨娜,王彬,李颖. 北京交通大学学报. 2013(04)
[8]荷载平衡法计算预应力连续梁[J]. 李新平,江启军,李泽雨. 低温建筑技术. 2012(10)
[9]压弯圆弧拱平面外稳定承载力设计方法[J]. 窦超,郭彦林. 建筑结构学报. 2012(07)
[10]我国拱形钢结构设计理论研究现状与展望[J]. 郭彦林,窦超. 建筑结构学报. 2012(07)
博士论文
[1]钢拱平面外稳定性能及设计方法[D]. 窦超.清华大学 2012
硕士论文
[1]大跨度钢管混凝土拱桥横向稳定性和横向抗震性分析[D]. 徐叶琴.浙江大学 2005
[2]大跨度钢管混凝土拱桥整体稳定性研究[D]. 陈光林.武汉理工大学 2004
[3]芜湖体育馆屋盖结构的方案设计与研究[D]. 杨书全.清华大学 2004
本文编号：2953684
【文章来源】：西安工业大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倒三角形拱形管桁架三维模型
西安工业大学硕士学位论文1.1.2 研究意义拱形管桁架同时拥有管桁架和拱的优点，因此在工程中的应用范围越来越广。拱形管桁架可以实现大跨度的稳定承载体系，节约钢材，并且造型充满动感，实现结构之力学美的表达。随着大跨结构的应用，拱形管桁架将会有美好的发展前景，产生可观的经济效益，随之产生的稳定安全问题是每个结构研究者研究的重心。拱形管桁架的应用见图 1.2。
作用于结构和构件的荷载达到某一值时，继续增大荷载，结构和构件的平改变，此时，这种现象称为结构和构件的失稳或屈曲。结构设计中，结构和构件的稳定十分重要，其失稳形式根据性质可归为以1）平衡分叉失稳构不受到荷载时处于唯一平衡状态，当荷载作用在结构上越来越大时，又衡状态。失稳时，对应的荷载称为临界荷载或屈曲荷载。这类失稳称为平大多发生于中心受压柱、中面受压平板、受弯构件和受压的柱壳等。图 2.1 所示轴心受压构件为例，说明此类失稳特点。图 2.1(a)为没有产生支压杆；图 2.1(b)为受到荷载影响产生横向弯曲的简支压杆；图 2.1(c)为荷载 FP-挠度 Δ 曲线。由图 2.1(c)可以看出，当 FP＜FPcr时，结构始终保平衡状态，当 FP＞FPcr时，结构由原先直线型的平衡状态转变为微小弯曲现出两个可能的平衡途径，即 AB 或 AB’曲线。FPcr称为结构能承受的临界荷载。因为分叉点出现在同一个荷载点，因此这种失稳现象称为平衡分叉
【参考文献】：
期刊论文
[1]Trefftz有限元法的研究进展[J]. 王克用,李培超. 力学与实践. 2017(05)
[2]某大型复杂网架结构的缺陷分析[J]. 武君君,李亮,李贺贺. 钢结构. 2017(03)
[3]空间倒三角形管桁架的整体稳定研究[J]. 马宏伟,侯喆辰,叶亮. 钢结构. 2017(02)
[4]平面桁架拱平面外弹性稳定及设计方法研究[J]. 赵思远,王宏,郭彦林. 建筑结构. 2016(S1)
[5]平面钢管桁架拱平面外稳定试验研究与有限元分析[J]. 黄政华,李睿,黄勇,段渝忠. 建筑结构学报. 2015(09)
[6]倒三角截面空间桁架拱平面外弹塑性稳定设计方法研究[J]. 赵思远,郭彦林,窦超. 工程力学. 2014(09)
[7]冷弯薄壁C型构件的屈曲模态形成与变形相关作用[J]. 彭雄,杨娜,王彬,李颖. 北京交通大学学报. 2013(04)
[8]荷载平衡法计算预应力连续梁[J]. 李新平,江启军,李泽雨. 低温建筑技术. 2012(10)
[9]压弯圆弧拱平面外稳定承载力设计方法[J]. 窦超,郭彦林. 建筑结构学报. 2012(07)
[10]我国拱形钢结构设计理论研究现状与展望[J]. 郭彦林,窦超. 建筑结构学报. 2012(07)
博士论文
[1]钢拱平面外稳定性能及设计方法[D]. 窦超.清华大学 2012
硕士论文
[1]大跨度钢管混凝土拱桥横向稳定性和横向抗震性分析[D]. 徐叶琴.浙江大学 2005
[2]大跨度钢管混凝土拱桥整体稳定性研究[D]. 陈光林.武汉理工大学 2004
[3]芜湖体育馆屋盖结构的方案设计与研究[D]. 杨书全.清华大学 2004
本文编号：2953684
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