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钢桁桥的稳定性相关问题分析摘要：随着我国公路桥梁事业不断发展，钢桁桥应用越来越广泛，但是其稳定性也显得尤为重要。
本文重点对于钢桁桥的稳定性相关问题进行分析，在介绍钢桁桥稳定基本情况基础上，还针对当前稳定性的研究方法进行讨论。
关键词：钢桁桥，稳定性，承载能力，判定方法1引言钢桥由于采用高强度的材料而且易于加工，因此构件重量轻，运输、架设方便，是大跨径桥梁的理想材料，目前各类体系桥梁中，其最大跨径的桥梁皆为钢桥。
在要求工期短，施工干扰小的桥梁中，钢桥也是很好的选择。
钢桥的主要优点是：可以实现完全工业化的制造和拼装；上、下部结构可以同时施工，能够加快施工进度；由于钢材具有匀质性、构件轻的特点，用悬臂法施工比较方便；可以较方便的跨越大跨，节省施工时问和费用。
而钢桁桥除了具有钢桥的优点之外还有其自身独特的优点：可以上、下双层通车，能够满足公、铁两用及大交通量的需求；构件预制拼装速度快，经济效益显著等[1,2]。
而钢桁桥的稳定性的研究工作较少，本文主要讨论了钢桁桥的稳定性相关问题。
2钢桁桥的稳定性研究世界上曾经有过不少桥梁因失稳而丧失承载能力的事故。
例如：俄罗斯的克夫达敞开式桥，于1875年因上弦压杆失稳而引起全桥破坏；1891年瑞士一座长42m的桥，当列车通过时，因结构失稳而坍塌，造成200多人死亡；加拿大的魁北克(Quebec)桥于1907年在架设过程中由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而引起严重破坏事故，并且该桥在1916年9月11开园施工中的问题二度坍塌；前苏联的莫兹尔桥，于1925年试车时由于压杆失稳而发生事故；澳大利亚墨尔本附近的西门(WestGate)桥，于1970年在架设拼拢整孔左右两半(截面)钢箱梁时，上翼板在跨中央失稳，导致112m的整体倒塌。
近年出现的事故如1998年9月，浙江宁波招宝山斜拉桥在施工时主梁断裂，其中一个主要原因就是箱梁的底板过薄，在施工荷载作用下主梁被压溃。
2.1稳定的概念与分类桥梁结构的稳定性是关系其安全与经济的主要问题之一，它与强度问题具有同等重要的意义。
大跨度桥梁抗震设计的结构稳定性评估与实践案例分析标题: 大跨度桥梁抗震设计的结构稳定性评估与实践案例分析摘要:在大跨度桥梁抗震设计中，结构的稳定性评估成为一项关键任务。
本文从理论和实践的角度出发，对大跨度桥梁抗震设计中的结构稳定性评估进行深入探讨，并通过实际案例分析，展示了该评估方法的有效性和实用性。
为建筑工程行业从业者提供有益的经验和指导。
关键词: 大跨度桥梁, 抗震设计, 结构稳定性, 评估, 实践案例分析正文:引言:大跨度桥梁的抗震设计是建筑工程领域中的重要议题，对于确保桥梁在地震中的安全性至关重要。
在抗震设计中，结构的稳定性评估是保证桥梁结构能够充分抵御地震力的一个关键环节。
本文将深入探讨大跨度桥梁抗震设计中结构稳定性评估的理论基础和实践方法，并通过实际案例，验证该评估方法的可行性和有效性。
一、大跨度桥梁抗震设计的结构稳定性评估原则1. 考虑动力特性: 针对大跨度桥梁的抗震设计，需要首先考虑结构的动力特性，包括自振周期、振型及自然频率等。
通过恰当的分析方法和数值模拟技术，可以获得准确的动力特性参数，为后续的稳定性评估提供依据。
2. 考虑材料特性: 结构稳定性评估中，需要充分考虑桥梁的材料特性，包括强度、刚度、粘弹性等。
对于大跨度桥梁而言，选用高强度材料，结合适当的构造措施，能够有效提升结构的抗震性能和稳定性。
3. 考虑结构形式: 不同的桥梁结构形式对抗震性能和稳定性评估有着不同要求。
根据具体桥梁的形式和工况，进行静力和动力的稳定性分析，以评估其在地震作用下的稳定性。
二、大跨度桥梁抗震设计的结构稳定性评估方法1. 静力分析: 通过应用静力学原理，对大跨度桥梁进行受力分析和稳定性评估。
此方法适用于桥梁在无地震作用下的受力分析和稳定性评估，为后续动力分析提供基础。
2. 动力分析: 结合大跨度桥梁的动力特性，采用数值模拟软件进行动力分析，了解结构在地震作用下的稳定性。
通过对结构的振型和位移响应进行分析，评估结构在地震中的稳定性表现。
大跨度钢桁拱桥的稳定与极限承载力研究的开题报
告
一、选题背景
大跨度钢桁拱桥是目前世界上最常见的跨越河流、海峡等复杂水域的大型桥梁，其主要特点是承载能力大、造型美观、施工周期短、维护难度小等。
然而，大跨度钢桁拱桥由于受到风荷载、温度荷载、交通荷载等多个因素的影响，存在着稳定与极限承载力问题。
因此，研究该类桥梁的稳定与极限承载力具有重要意义。
二、研究目的
本研究旨在探究大跨度钢桁拱桥的稳定性和极限承载力问题，为其设计和施工提供理论依据和参考。
三、研究内容
1. 大跨度钢桁拱桥的结构形式和荷载类型。
2. 大跨度钢桁拱桥的稳定性分析，包括刚度、振动等方面的分析。
3. 大跨度钢桁拱桥极限承载力的计算方法研究，包括荷载组合、安全系数、极限状态等方面的分析。
4. 大跨度钢桁拱桥的结构优化设计，以提高其稳定性和极限承载力为目的。
四、研究方法
本研究主要采用理论研究和数值模拟方法，通过建立数学模型，运用有限元软件对大跨度钢桁拱桥的稳定性和极限承载力进行分析研究。
五、研究意义
本研究的成果有助于优化大跨度钢桁拱桥的设计和施工方案，提高其稳定性和极限承载力，为我国大跨度钢桁拱桥的建设和发展提供技术支撑和保障。
摘要钢管拱桁架结构作为一种颇具魅力的空间结构，因其造型美观、受力合理、用钢量省、施工方便、能覆盖较大空间，广泛应用于飞机场、体育馆、会展中心、大型厂房等场所，成为目前工程中经常应用的空间结构体系之一。
随着跨度不断增大，拱桁架作为以受压为主的结构，稳定成为制约其发展的关键因素之一，本文主要对这种结构的极限承载力进行研究。
本文总结了国内外钢管拱桁架稳定及极限承载力分析方面取得的成果，阐述了钢管拱桁架稳定分析的相关理论。
以实际设计的满足规范要求的倒三角形截面单榀钢管拱桁架结构为研究对象，使用大型通用有限元程序ANSYS，研究钢管拱桁架的极限承载力，分析其破坏路径及失稳机理。
具体开展的工作如下：⑴对一跨度为120m的钢管拱桁架进行特征值屈曲分析、几何非线性屈曲分析和双重非线性屈曲分析，对结构进行全过程跟踪，计算结果表明：考虑双重非线性后结构的屈曲荷载最小，其承载力为特征值屈曲的12.53%，为仅考虑几何非线性的13.84%,充分表明材料非线性对于拱桁架结构极限承载力的影响至关重要，特征值屈曲分析将产生非保守的结果。
从全过程跟踪的结果可以得到，对于弹塑性失稳，在荷载作用下，结构在失稳前经历了较长的塑性发展过程，破坏的实质是结构整体变形和塑性发展的相互促进，宏观上的整体变形是微观塑性发展的表现；而微观的塑性发展是宏观整体变形的实质。
⑵在前者的基础上，研究初始几何缺陷、侧向约束、荷载分布方式、腹杆布置方式、跨度对钢管拱桁架的极限承载力的影响，研究表明:钢管拱桁架对初始缺陷敏感度较高，结构的临界荷载随几何缺陷的增加而减小；对于提高拱桁架结构的稳定性，侧向约束非常重要，可通过构造措施保证其侧向稳定性；不同荷载布置方式对于拱桁架的极限承载能力影响非常大；对于此类结构，应恰当选择腹杆布置方式，从而提高其极限承载能力；本文所研究的不同跨度的符合实际工程要求的拱桁架，其临界承载能力相差不大。
关键词：拱桁架，非线性，稳定性，屈曲分析国家自然科学基金项目：强震下大跨度空间拱桁架破坏机理及其性能设计指标研究（编号：50878137）山西省科技攻关项目：罕遇地震下基于安全工作性能的大跨度空间钢拱桁架结构体系研制（编号：20080321086）THE RESEARCH ON THE NONLINEAR STABILITY OF LONG-SPAN STEEL PIPE ARCH TRUSSESABSTRACTSteel pipe arch truss as a spatial structure very attractive for its beautiful design, reasonable force, the economic steel volume, construction convenience, cover a larger span, is widely used in airports, stadiums, convention centers, large-scale plant and so on.And it becomes one of the regular spatial structure of the world.Along with the span larger,as a structure that mainly sustains pressure, stability constraints to its development as one of the key factors.This article mainly researches on the ultimate bearing capacity of such a structure.This paper summarizes the results of the stability and ultimate bearing capacity of the steel pipe arch truss at home and overseas, and expatiates theory that related to the stability of steel pipe arch truss.This paper takes a steel pipe arch truss with triangle section as the research object ,researches the ultimate bearing capacity of it, analyzes the path of failure and mechanism of instability by using the finite element software ANSYS. The main tasks are as follow:⑴The stability of the 120m modes with the linear elasticity stability analysis, geometrical nonlinear stability analysis and double nonlinear stability analysis are calculated andanalyzed,and the whole responses process of arch truss mode was tracked. Calculating results show that:The buckling load is the lowest after taking into account double nonlinear stability analysis.And it is 12.53% of linear elasticity stability analysis,is 13.84% of geometrical nonlinear stability analysis.This fully demonstrates that the material nonlinear is essentialfor the ultimate bearing capacity analysis, and linear elasticity stability analysis will have a non-conservative results.The results of tracking process show that:For elastic-plastic instability analysis, the structure experienced a long process of plastic development before instability under the load.The overall plastic deformation and plastic development of the structure are stimulative reciprocally,and these cause the failure. The overall deformation in macro is the behave of the plastic development in micro,while the plastic development in micro is the matter of the overall deformation.⑵ In the base of the former,this paper also analyzes the influences to the ultimate bearing capacity,such as: the initial geometrical deficiency,lateral restriction, the distributing of the load, layout of the web member and the span.The research shows that: Steel pipe arch truss is sensitive to the the initial geometrical deficiency, the critical load of the structure is reducing while the initial geometrical deficiency increases; to improve the stability the lateral restriction is is very important, constitution measures can be adopted to ensure its lateral stability; distributings of the load have a large effect on the ultimate bearing capacity ; in order to improve the stability,the layout of the web members should be arranged appropriately; the arch trusses are designed according to pratical engineering,and the critical loads of different spans are pretty the same.KEY WORDS:steel pipe arch trusses, nonlinear, stability, buckling analysis目录第一章绪论 (1)1.1本课题的目的和意义 (1)1.2钢管拱桁架稳定研究历史及现状 (2)1.3本文研究方法介绍 (6)1.4本文所做的主要工作 (6)1.5本章小结 (7)第二章拱桁架的结构非线性分析理论 (9)2.1非线性有限元基础理论 (9)2.1.1空间梁单元的几何非线性有限元方法 (9)2.1.2材料非线性分析 (13)2.2稳定理论 (14)2.2.1第一类稳定问题 (15)2.2.2第二类稳定问题 (16)2.2.3平衡稳定性的判定准则 (19)2.2.4稳定问题的计算方法 (19)2.2.5稳定屈曲的有限元解法 (20)2.2.6 ANSYS稳定分析的关键点 (21)2.2.7本章小结 (22)第三章单榀钢管拱桁架结构静力弹塑性稳定分析 (23)3.1引言 (23)3.2钢管拱桁架结构的设计 (23)3.2.1钢管拱桁架结构的几何模型 (23)3.2.2地震作用下钢管拱桁架的结构设计 (26)3.2.3设计参数 (26)3.2.4结构设计指标分析 (27)3.3拱桁架结构稳定极限承载力分析 (29)3.3.1 有限元计算模型的建立 (29)3.3.2 特征值屈曲分析 (30)3.3.3 几何非线性屈曲分析 (32)3.3.4 双重非线性屈曲分析 (36)3.6本章小结 (44)第四章钢管拱桁架极限承载能力影响因素研究 (45)4.1引言 (45)4.2初始几何缺陷对极限承载力的影响 (45)4.2.1荷载位移全过程曲线及结构变形图 (45)4.2.2弹塑性失稳过程分析 (47)4.3侧向约束对结构极限承载力的影响 (48)4.3.1荷载位移全过程曲线及结构变形图 (48)4.3.2弹塑性失稳过程分析 (50)4.4荷载分布方式对结构极限承载力的影响 (53)4.4.1荷载位移全过程曲线及结构变形图 (53)4.4.2弹塑性失稳过程分析 (54)4.5腹杆布置方式对极限承载力的影响 (57)4.5.1腹杆布置方式 (57)4.5.2不同腹杆布置的几何模型 (58)4.5.3计算结果分析 (59)4.6不同跨度拱桁架结构的极限承载力 (61)4.6.1不同跨度的几何模型 (61)4.6.2结构设计指标分析 (63)4.6.3计算结果分析 (64)4.7本章小结 (66)第五章结论与展望 (69)5.1本文的主要结论 (69)5.2有待深入研究的工作 (70)参考文献 (71)致谢 (75)攻读学位期间发表的学术论文 (76)第一章绪论1.1本课题的目的和意义钢管拱桁架结构作为一种颇具魅力的空间结构，因其造型美观、受力合理、用钢量省、施工方便、能覆盖较大空间，广泛应用于飞机场、体育馆、会展中心、大型厂房等场所，成为目前工程中经常应用的空间结构体系之一。
大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的弹性稳定性王青【摘要】为研究大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥在施工阶段和运营期的稳定性,应用静力弹性稳定和有限元方法分析某双主跨钢桁梁拱桥不同时期的力学行为,并获得相应的失稳模态.研究结果表明:结构的线弹性稳定系数在其建造中经历了一个由逐渐增加再到减小直至平稳阶段的变化过程,且施工阶段和运营期的稳定安全系数都较高;施工阶段桥梁结构失稳形式多表现为单根或少量杆件失稳,而运营期则均表现为拱肋的整体失稳;当列车荷载为主跨满载时,桥梁的稳定安全系数最低;若将杆件应力达到屈服时的系数作为承载力系数,则最不利杆件的屈服系数与结构整体的稳定系数相差较大.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2018(034)004【总页数】6页(P16-21)【关键词】铁路钢桁梁柔性拱桥;稳定;有限元分析;安全系数【作者】王青【作者单位】江苏燕宁工程咨询有限公司,江苏南京 210017【正文语种】中文【中图分类】U24近年来，中国建设了一些外形优美、结构合理的大跨度钢桁梁柔性拱桥，其中，有京沪高速铁路线上的济南黄河大桥[1]、连盐铁路上的灌河特大桥[2]及沪通长江大桥天生港专用航道公铁两用桥[3]等。
钢桁梁柔性拱桥是充分发挥连续钢桁梁承载能力和钢箱拱跨越能力的一种新型桥梁构造形式。
拱肋和钢桁梁部分杆件的受力形式以受压为主，随着钢桁梁柔性拱桥跨度的增加，钢桁架以及拱肋杆件的长细比也增加。
因此，钢桁梁拱桥的稳定问题非常突出[4]，国内、外因桥梁失稳而造成的灾难也时有发生[5]。
桥梁在建设过程中难免会存在一定的初始误差，造成结构发生极值点失稳破坏[6]。
但是，结构的线弹性稳定求解比极值点的求解更方便、简单，分支点失稳的临界荷载通常也是极值点极限承载力的上限，并可以通过稳定系数判断结构的最不利受力工况。
因此，分析桥梁结构的线弹性稳定可为其施工阶段提供工程参考价值，也是研究桥梁极值点失稳的必要步骤。
一些学者针对结构的稳定性做了许多研究[7]。
