基于能量原理平面张弦梁结构力学性能及稳定性研究

发布时间：2017-08-16 09:06

  本文关键词：基于能量原理平面张弦梁结构力学性能及稳定性研究

  更多相关文章： 张弦梁 反对称分岔失稳 弹塑性稳定 弯扭失稳 支撑刚度 极限跨度

【摘要】：张弦梁结构是近几年发展起来的新型大跨度预应力空间结构，由于其几何构成简单、力流传递明确而受到了工程设计人员的青睐，广泛应用于会展中心、展览馆、火车站等重要的公共建筑中。本文系统研究了张弦梁结构的静力性能、平面内和平面外稳定性能，为该类结构工程设计提供借鉴和参考依据。 主要研究内容如下： （1）依据能量变分原理，，分别建立了铰支、水平弹性支撑和简支三种边界条件张弦梁结构的平衡微分方程，给出了结构在预拉力张拉状态、全跨均布荷载、半跨均布荷载、温度荷载作用下结构受力及变形的理论计算公式。研究了不同边界条件下张弦梁结构的静力性能。 （2）利用能量变分原理，建立铰支张弦梁和水平弹性支撑张弦梁的平面内非线性平衡方程，求得发生反对称分岔失稳临界荷载解析解；根据弹性理论对简支张弦梁荷载分配及内力传递路径做了理论分析，由于撑杆的竖向支撑作用和体系自平衡功能，不会发生弹性整体失稳，即不存在第一类稳定问题。 （3）应用数值方法对张弦梁进行平面内弹塑性极限承载力全过程分析，探讨了结构在全跨荷载和半跨荷载作用下作用下的失稳破坏机理。根据全跨荷载作用下张弦梁是下弦索的强度破坏和半跨荷载作用下是上弦拱梁的强度破坏，分别推导了全跨和半跨荷载作用下张弦梁弹塑性极限荷载的计算公式。 （4）根据能量法建立竖向均布荷载作用下无面外支撑张弦梁张弦梁结构整体势能方程，通过势能驻值原理得到张弦梁平面外弹性失稳临界荷载计算公式。对张弦梁结构进行了平面外弹塑性稳定性能研究，考察了各种参数变化对平面外弹塑性稳定性的影响。 （5）对有面外侧向支撑张弦梁的平面外稳定性能进行了数值研究，揭示了其弹性屈曲特性。分析了支撑刚度、支座形式、撑杆连接方式、矢跨比等参数对该类结构平面外稳定性能的影响。 （6）从结构设计因素出发，根据张弦梁的受力特点及拉索和上弦拱梁的材料极限强度条件，推到了平面张弦梁结构的极限跨度公式，并对平面张弦梁的极限跨度的影响因素进行了分析。
【关键词】：张弦梁 反对称分岔失稳 弹塑性稳定 弯扭失稳 支撑刚度 极限跨度
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU399
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 主要符号对照表13-15
• 1 绪论15-35
• 1.1 张弦梁结构15
• 1.2 张弦梁结构的特点15
• 1.3 张弦梁结构的分类15-17
• 1.4 梁结构应用现状17-20
• 1.4.1 国内外应用概况17-18
• 1.4.2 张弦梁结构形式演变18-20
• 1.5 张弦梁结构研究现状20-28
• 1.5.1 国外张弦梁结构研究现状20
• 1.5.2 国内张弦梁结构研究现状20-28
• 1.6 本文研究对象和主要研究内容28-30
• 参考文献30-35
• 2 张弦梁结构静力性能理论研究35-89
• 2.1 分析模型35-41
• 2.1.1 索的计算模型35-40
• 2.1.2 索的变形协调方程40-41
• 2.2 张弦梁结构找形及预应力张拉状态分析41-51
• 2.2.1 张弦梁结构形态定义41-42
• 2.2.2 张弦梁结构预应力分析42-44
• 2.2.3 张弦梁结构找形及张拉状态分析44-51
• 2.3 全跨荷载作用下张弦梁结构的受力性能51-68
• 2.3.1 全跨均布荷载作用下铰支张弦梁受力性能研究54-56
• 2.3.2 全跨均布荷载作用下水平弹性支撑张弦梁受力性能研究56-61
• 2.3.3 全跨均布荷载作用下简支张弦梁受力性能研究61-63
• 2.3.4 理论验证63-66
• 2.3.5 简化计算分析66-68
• 2.4 半跨荷载作用下张弦梁结构的受力性能68-79
• 2.4.1 半跨均布荷载作用下铰支张弦梁受力性能研究68-71
• 2.4.2 半跨均布荷载作用下水平弹性支撑张弦梁受力性能研究71-74
• 2.4.3 半跨均布荷载作用下简支张弦梁受力性能研究74-77
• 2.4.4 理论验证77-79
• 2.5 考虑温度作用张弦梁结构的受力性能79-88
• 2.5.1 考虑温度作用铰支张弦梁受力性能研究80-81
• 2.5.2 考虑温度作用水平弹性支撑张弦梁受力性能研究81-85
• 2.5.3 考虑温度作用简支张弦梁受力性能研究85-86
• 2.5.5 拉索松弛时临界温度86-87
• 2.5.6 理论验证87-88
• 2.6 小结88
• 参考文献88-89
• 3 张弦梁结构面内弹性稳定性能分析89-125
• 3.1 竖向均布荷载作用下抛物线浅拱的非线性稳定89-105
• 3.1.1 铰支抛物线浅拱的非线性稳定89-96
• 3.1.2 水平弹性支撑抛物线浅拱的非线性稳定96-104
• 3.1.3 抛物线拉杆浅拱的非线性稳定104-105
• 3.2 竖向均布荷载作用下张弦梁的非线性稳定105-121
• 3.2.1 铰支张弦梁的非线性稳定105-111
• 3.2.2 水平弹性支撑张弦梁的非线性稳定111-117
• 3.2.3 简支张弦梁的非线性稳定117-121
• 3.3 理论验证121-123
• 3.4 小结123-124
• 参考文献124-125
• 4 张弦梁结构平面内弹塑性稳定性能分析125-149
• 4.1 张弦梁平面内破坏机理分析126-129
• 4.2 张弦梁平面内弹塑性极限承载力分析129-138
• 4.2.1 初始缺陷模拟方法129-130
• 4.2.2 全跨荷载作用下弹塑性稳定性能130-135
• 4.2.3 半跨荷载作用下弹塑性稳定性能135-138
• 4.3 张弦梁弹塑性极限荷载计算公式138-147
• 4.3.1 全跨荷载作用弹塑性极限荷载计算公式138-145
• 4.3.2 半跨荷载作用弹塑性极限荷载计算公式145-147
• 4.4 小结147-148
• 参考文献148-149
• 5 无面外支撑张弦梁结构平面外稳定性能分析149-181
• 5.1 张弦梁局部平面外稳定性149-156
• 5.1.1 上弦拱平面外稳定性149-155
• 5.1.2 索撑平面外稳定性155-156
• 5.2 张弦梁平面外整体弹性稳定性能156-171
• 5.2.1 面外铰支张弦梁157-165
• 5.2.2 销轴支座张弦梁165-171
• 5.3 不同撑杆连接方式张弦梁平面外整体弹性稳定性能171-173
• 5.3.1 矢跨比对弹性稳定性能影响171
• 5.3.2 垂跨比对弹性稳定性能影响171-172
• 5.3.3 撑杆数目对弹性稳定性能影响172-173
• 5.4 张弦梁整体平面外弹塑性稳定性能173-179
• 5.4.1 撑杆连接方式对稳定性能影响173-174
• 5.4.2 支座形式对稳定性能影响174-175
• 5.4.3 矢跨比对稳定性能影响175-176
• 5.4.4 垂跨比对稳定性能影响176-177
• 5.4.5 几何长细比对稳定性能影响177-178
• 5.4.6 撑杆抗弯刚度对稳定性能影响178-179
• 5.5 小结179-180
• 参考文献180-181
• 6 有面外支撑张弦梁结构平面外稳定性能分析181-195
• 6.1 面外连续侧向支撑张弦梁平面外弹性稳定181-183
• 6.2 面外离散侧向支撑张弦梁平面外弹性稳定183-193
• 6.2.1 全跨荷载作用183-191
• 6.2.2 半跨荷载作用191-192
• 6.2.3 集中荷载作用192-193
• 6.3 小结193-194
• 参考文献194-195
• 7 平面张弦梁结构极限跨度研究195-203
• 7.1 荷载和材料195-197
• 7.1.1 计算假定和符合说明195-196
• 7.1.2 荷载196
• 7.1.3 材料196-197
• 7.2 张弦梁结构应力197-200
• 7.2.1 拉索应力197-198
• 7.2.2 拱梁应力198-200
• 7.2.3 张弦梁极限跨度表达式200
• 7.2.4 张弦梁极限跨度的讨论200
• 7.3 张弦梁极限跨度影响因素分析200-202
• 7.4 增大张弦梁极限跨度的措施202
• 7.5 小结202
• 参考文献202-203
• 8 结论与展望203-207
• 8.1 结论203-205
• 8.2 展望205-207
• 致谢207-209
• 附录209-210
• 附录一：攻读硕、博士学位期间已（待）发表的论文209-210
• 附录二：攻读硕、博士学位期间获得奖励210

【参考文献】

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本文编号：682408