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四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究

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空间钢管桁架结构的整体稳定分析

空间钢管桁架结构的整体稳定分析

空间钢管桁架结构的整体稳定分析
胡星岩;张晓光;等
【期刊名称】《工程力学》
【年(卷),期】2001()A01
【摘要】本文从结构线性分支稳定的概念出发，将结构的稳定问题转化为求解数学特征值和特征向量的问题，分析了结构的屈曲模态。

并针对规范未涉及的空间钢管桁架的整体稳定问题作了多方面的比较，提出了切实有效的方法。

【总页数】5页(P481-485)
【关键词】空间钢管桁架;计算长度;线性稳定
【作者】胡星岩;张晓光;等
【作者单位】同济大学建筑工程系，上海200092;同济大学建筑设计研究院，上海2090092
【正文语种】中文
【中图分类】TU392.3
【相关文献】
1.大跨度空间桁架梁整体稳定的参数分析 [J], 李一松;唐柏鉴;裴波
2.北戴河站无柱雨棚钢管桁架结构的整体稳定分析 [J], 杨惠东;王士裴;申允;白林佳;尹越;韩庆华
3.矩形截面空间钢管桁架整体稳定实用设计方法 [J], 黄逸群;尹越;王震;李顺
4.不稳定空间展开折叠桁架结构稳定过程分析 [J], 陈务军;董石麟;付功义;周岱;关
富玲
5.大跨度方钢管空间桁架结构的稳定性分析 [J], 蒋沧如;章东强;袁健
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钢管混凝土拱肋面内稳定的计算方法

钢管混凝土拱肋面内稳定的计算方法

钢管混凝土拱肋面内稳定的计算方法
郑皓文;云迪
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2016(031)010
【摘要】采用ANSYS分别对不同矢跨比的圆弧、抛物线、悬链线形钢管混凝土单圆管拱肋进行双重非线性有限元分析,得到其面内稳定承载力.将有限元结果与现行的4本钢管混凝土设计规范的计算结果进行了对比.研究表明,在计算轴力水平较大的荷载工况和弯矩水平较大的荷载工况时,宜采用不同的规范计算,以确保结构在对材料充分利用的基础上,有一定的强度储备.
【总页数】5页(P71-75)
【作者】郑皓文;云迪
【作者单位】吉林建筑大学土木工程学院,长春130117;吉林省结构与抗震科技创业中心,长春130000;吉林建筑大学土木工程学院,长春130117;吉林省结构与抗震科技创业中心,长春130000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.钢管混凝土拱肋平面内荷载-位移分析 [J], 徐叶琴;陶伟明;郭乙木
2.钢管混凝土拱桥拱肋吊装施工索力计算方法浅析 [J], 李金志
3.浅谈飞燕式钢管混凝土拱桥边拱肋间横梁的计算方法 [J], 孙海亮
4.钢管混凝土拱桥的拱肋吊装扣索力计算方法分析与探讨 [J], 赵艺程;万川龙;许诺
5.钢管混凝土拱肋面内弹塑性承载力分析 [J], 颜全胜;王頠
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高温下两铰圆弧钢拱平面内稳定临界荷载分析

高温下两铰圆弧钢拱平面内稳定临界荷载分析


Ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｌｏａｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｇ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｄｏｕｂｌｅ⁃ｈｉｎｇｅｄ ｓｔｅｅｌ ａｒｃｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｐｌａｎｅ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｆｉｒｅ
ＬＩ Ｊｉａｌｅｉ， ＨＡＮ Ｙｕｌａｉ， ＪＵ Ｚｈｕ， ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｑｉｎｇ
高温下两铰圆弧钢拱平面内稳定临界荷载分析
李加雷，韩玉来，鞠竹，王振清
（ 哈尔滨工程大学 航天与建筑工程学院，黑龙江 哈尔滨 １５０００１）
摘 要：针对目前钢拱结构在高温下的非线弹性反应研究方面存在的不足，尤其是其在高温下的稳定性变化问题，研究 了火灾高温下大曲率两铰圆弧钢拱的平面内稳定及临界荷载的变化．给出了高温下两铰圆弧钢拱的平面内稳定临界荷 载的计算表达式，分析了其随火灾温度的变化规律，结果表明：火灾高温下钢拱结构的内部温度、材料的力学性能改变会 引起结构内力和变形的增大，从而对其稳定性和临界荷载的变化都产生显著的影响，因此在进行火灾高温下钢拱结构的 非线性反应分析时，应综合考虑结构内部不同因素的变化对结构整体力学性能的影响． 关键词：火灾高温；圆弧钢拱；平面内稳定；临界荷载；临界弯矩 ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１２１１００７ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ ／ ｄｅｔａｉｌ ／ ２３．１３９０．Ｕ．２０１３０６０６．１６０５．００６．ｈｔｍｌ 中图分类号：ＴＵ３１２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６⁃７０４３（２０１３）０７⁃０８６２⁃０４
第 ３４ 卷第 ７ 期 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 Ｖｏｌ．３４ №．７ ２０１３ 年 ７ 月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｊｕｌ．２０１３
大型圆弧形拱管稳定和振动分析

大型圆弧形拱管稳定和振动分析

第31卷第3-4期2008年6月辽宁科技大学学报J our nal of U ni ver s i t y of Sci ence a nd T e chnol ogy L i aon i ngv01．31N o．3—4Jun．，2008大型圆弧形拱管稳定和振动分析张德臣1，孙艳秋2，薛福国3(1．辽宁科技大学机械工程与自动化学院，辽宁鞍山114051；2．铁法煤业集团鄂尔多斯东辰煤炭有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯010300；3．营口东北建设建筑安装工程有限公司，辽宁营口115007)摘要：圆弧形拱管是常用的跨越构筑物，本文分析了在垂直向下载荷作用下圆弧形拱管的临界载荷计算问题；计算了全跨、半跨载荷作用下的-临界载荷；而且计算了侧向临界载荷，并且计算了圆弧形拱管固有频率；为圆弧形拱管的设计和计算提供了依据。

关键词：圆弧形拱管；临界载荷；固有频率；半跨载荷中图分类号：TG333．71文献标识码：A文章编号：1674—1048(2008)(03—04)一0291—03圆弧形拱管是给排水常用结构形式，在设计中必须考虑稳定问题。

郭天木研究了平面内稳定问题，给出了在水重作用下，临界载荷计算方法¨1；对沿着拱轴线均匀分布径向载荷作用下临界载荷可按钢结构设计指南进行计算坦J。

半跨载荷作用比全跨载荷更危险，从检索的文献来看，未见到研究半跨载荷作用下拱管临界载荷问题，本文研究半跨载荷作用下拱管临界载荷计算问题。

同时分析圆弧形拱管的平面外稳定问题。

1圆弧形拱管稳定问题分析1．1全跨载荷作用下临界载荷的计算把圆弧形拱管简化为两端固定拱，如图1所示。

沿着拱轴线均匀分布径向载荷作用下临界载荷心1q①=叩萨E1(1)式中：q僳为临界载荷，kN／m；r／为计算系数；R为拱的半径，I T I。

工程实际需要计算的是沿着拱轴线均匀分布垂直向下载荷拱管临界载荷。

全跨载荷拱管临界载荷的计算公式为‘13图1两端固定圆弧拱Fi g．1A rc ar ch f i xed at bot h e nds叩=生≯(2)叩2—丁L么，qC R=等(a2—1)(3)2丽o a一1，Lj’式中：a为圆拱稳定系数，口为拱脚轴力系数，j为惯性矩。

钢管混凝土拱桥空间稳定性分析的开题报告

钢管混凝土拱桥空间稳定性分析的开题报告

钢管混凝土拱桥空间稳定性分析的开题报告一、研究背景与意义钢管混凝土拱桥是一种新型的桥梁结构，在节能、环保、寿命等方面具有显著优势。

但是由于受空间力学效应的影响，钢管混凝土拱桥的空间稳定性问题受到了广泛关注。

特别是在海洋工程和高速公路等重要领域，空间稳定性的问题更加突出。

因此，针对钢管混凝土拱桥的空间稳定性问题，开展研究具有重要的理论和实践意义。

二、研究内容与方法本文将从以下角度开展研究：1. 钢管混凝土拱桥的结构特点及其空间力学特性。

分析钢管混凝土拱桥的结构组成和工作原理，探讨其受力性能和空间力学特性。

2. 钢管混凝土拱桥空间稳定性分析方法。

重点研究钢管混凝土拱桥的空间稳定性分析方法，包括有限元分析方法和实验测试方法，并比较其优缺点。

3. 钢管混凝土拱桥空间稳定性的数值模拟与分析。

以某大型钢管混凝土拱桥为研究对象，运用ANSYS等有限元分析软件对其空间稳定性进行数值模拟分析，得到其空间稳定性参数，进而探讨其结构优化方案。

三、预期研究成果本文将对钢管混凝土拱桥的空间稳定性问题进行更全面、深入的分析，研究得出一套适用于钢管混凝土拱桥的空间稳定性分析方法和数值模拟模型，可为类似结构的设计和优化提供指导。

四、研究进度安排第一年：阅读文献，了解钢管混凝土拱桥的结构特点及其空间力学特性，研究钢管混凝土拱桥空间稳定性分析方法。

第二年：进行数值模拟计算，探讨钢管混凝土拱桥的空间稳定性参数，针对问题提出优化方案。

第三年：分析优化方案的应用效果，系统总结本项研究的成果、经验和不足，形成结论和建议。

打印论文并进行最后修改，准备提交论文答辩。

冲击作用下拱形钢结构动态稳定性能研究

冲击作用下拱形钢结构动态稳定性能研究

冲击作用下拱形钢结构动态稳定性能研究钢拱结构在工程建设中应用广泛,其稳定性计算往往是设计中的关键环节。

现有研究多关注拱的静力稳定性能,少数涉及拱动力稳定性能的研究又多是进行动力响应分析,而对拱的动态稳定临界状态这一关键问题研究不足。

本文基于能量原理,推导并求解了拱的动力响应方程,提出了拱的动态稳定临界状态能量判据,得到了动态稳定临界荷载,并使用有限元方法对拱的动态屈曲进行全过程跟踪,验证了能量判据的合理性,为拱的平面内动态稳定判定建立了可行的分析方法。

首先,基于能量原理推导了弹性实腹拱动态响应方程,通过分析动态稳定临界状态系统能量特征,提出动态稳定临界状态系统动能为零的假设,得到了集中突加荷载作用下,临界状态时拱的动态响应半解析解。

又使用有限元方法求解拱的动态失稳过程,获得动态稳定临界状态。

对能量法解析解和有限元解获得的动态稳定临界荷载进行比较,发现二者吻合较好,验证了能量方法的正确性。

同时,确认了动态稳定临界状态系统动能占比很小,验证了临界动能为零这一假设的合理性,并揭示了能量原理的本质是拱在动态稳定临界状态与静力平衡相应位形应变能的相似性,为之后的工作奠定基础。

随后,将该方法延伸到弹性拱的刚体冲击问题中,利用应变能的相似性,提出冲击下弹性拱的动态稳定临界应变能与静力不稳定平衡路径上荷载为零的点的应变能具有可比性,有限元算例分析结果表明二者能够较好吻合。

弹性拱的刚体冲击研究,一方面从应变能角度进一步验证了能量方法的正确性,另一方面从能量输入的角度为冲击下弹性拱的动态稳定状态提供了一种可行的判定方法。

接着将能量原理应用于弹塑性拱的动态稳定研究中,在突加荷载工况中,使用有限元方法获得拱的动态稳定临界荷载数值解,并求解该荷载水平作用下相同尺寸拱的静力平衡弹性应变能,发现所得静力平衡弹性应变能可以作为该尺寸拱动态稳定临界弹性应变能一个精度较高的估计。

在刚体冲击的模拟分析中,把冲击作用下拱运动到极限位置时两侧塑性铰恰好形成作为动态稳定临界状态,对比发现该时刻的弹性应变能亦与能量原理获得的静力平衡相应状态弹性应变能十分接近。

平面钢管桁架的面外稳定分析模型研究

平面钢管桁架的面外稳定分析模型研究


本文在节点完全单元刚度矩阵的基础上 ， 根据钢
第 44 卷
第5 期
黄政华等·平面钢管桁架的面外稳定分析模型研究
· 51 ·
以得到各个分量的参数表达式。 这样， 当节点几何参 数确定， 即可得到节点刚度矩阵。 考虑节点所有刚度 分量的方法， 理论上较为精确， 但实际上， 节点刚度矩 对桁架面外失稳变形起主要影响作用的是节点 阵中， 将所有刚度分量都考虑进去， 带来 的面外转动刚度， 的精度提高并不会很明显。 并且， 由于需要计算的刚 度分量多， 需要进行大量的参数分析以得到分量的参 数公式， 计算工作量大， 难以应用于实际工程计算中。 此外， 参数分析的结果具有一定误差， 当考虑的节点 刚度分量较多时， 因误差的累积效应， 反而可能使计 算结果偏离实际情况较多。 平面钢管桁架面外失稳主要表现为受压弦杆发 生出平面失稳， 产生较大的面外位移 Δ ， 出平面位移 对桁架的面外失稳具有决定性的影响。 在节点刚度 方程中， 与 Δ 有关的节点变形分量分别为面外相对位 由于 δ3 值很小， 因此节点变 移 δ3 及面外相对转角 θ r2 ， 分析桁架的面 形分量中可以只考虑 θ r2 的影响。因此， 外稳定可以忽略节点轴向位移、 平面内转动刚度、 扭 转刚度的 影 响。 这 样， 在平面桁架平面外稳定分析 分析节点刚度的影响可以仅考虑节点面外转动刚 中， 度， 而轴向刚度、 平面内转动刚度和扭转刚度可视为 j 两结点三个轴向方 完全刚性。在计算模型中， 将 o、 平面内转动及扭转位移耦合， 即令 δ1 向的平动位移、 = δ2 = δ3 = θ r1 = θ r3 = 0 ， 节点单元的刚度方程最终 简化为仅与面外转动刚度有关的弯矩转角方程 M r2 = k55 θ r2 （ 2） 由式（ 2 ） 可知， 需要确定的刚度分量仅为节点面 外转动刚度分量 （ 为简化表述， 后文中除特别说明， 节 点刚度一律指节点的平面外转动刚度 ） ， 其值仅由该 端面外弯矩与面外转角确定。 1． 2 1． 2． 1 对称 K 型相贯节点平面外转动刚度 节点平面外转动变形机理 对称 K 型节点是圆钢管 （ CHS ） 相贯节点中应用 最普遍的一种。一个典型 K 型节点的几何形式如图 3 K 型节点的局部变形可 所示。根据前节分析的结果， 以用两个独立的面外转动弹簧单元来模拟 ， 如图 4 所 j 端的变 示。本节定义 i 端节点刚度， 根据对称原理， 形机理及刚度定义与 i 端相同。 K 型节点区域产 在节点 i 端面外弯矩 M i 作用下， 生局部变形， 使得 i 端支管发生面外转动， 变形主要由 于主管与支管相贯交界面上， 主管相贯面面外抗弯刚 度较小引起。在杆系分析中， 局部变形引起的面外转 动可以用一个转动弹簧单元 C i 的角 位 移 θ i 来 模 拟 ， 如图 4 所示 。 这样节点域复杂的局部变形就可以理
钢管拱桁架的静力稳定性研究

钢管拱桁架的静力稳定性研究

ｕｎ ｅ ｌ ｐ ｎ ｌ ａ ｃｉｎ ｉ ｃ ｇ ｅ ｈａ ｈ ｔｕｎ ｅ ｈ ｏ ｅ ｓ ａ ｉ ｈｅ ｄ ｆｒ ａ ｏ ｅ ｄ ｒｈａｆｓ ａ ｏ ｄ ａ ｔｏ ｓ ｍｕ ｈ ｈｉｈ ｒｔ ｎ ｔ ａ ｄ ｒ ｔ ｅ ｗｈ ｌ ｐ ｎ ｗｈ ｌ ｔ ｅ ｏ ｅ ｍ ｔ ｎｄ— ｉ ｇ ｅ ｓ ｍｕ ｈ ｌ ｇ ｒ Ｃｏ ａ ｅ ｔ ｅ ｔｉｔｎ ｉｐ ａ ｅ ｎ ｌｎ ｒ ｅ ｉ ｃ ａ ｅ ． ｒ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｒ ｓｒｃｉ ｇ ｄｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔａ ｏ ｅ，ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｏ ｒ ｔ ｔ ｎ ｉ ｍｏ ｔ ｈ ｈ ｆ ｃ ｆＸ—ｏａｉ ｓ ａ ｏ ｌ ｓ ｔ ｅ ｓ ｆ ｉｅ ｏ ｓｒ ｉ ｔ ｈ ａｎｅ ａ ｆ ｄ ｃ ｎ ｔａｎ ．ｗｈｉｈ ｍａ ｅ ｈｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅｇ ｂ ａ ｉ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ １ ６％ ． ｓ ｘ ｃ ｋ ｓ ｔ ｔ ｔ ｒ ｅ ｒｎ ａ ａ ｉｙ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓｔ ０． ｕ Ｋｅ ｒ ｓ：ｓｒ ｃ ｕ ａ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｙ ｗｏ ｄ ｔｕ ｔ ｒ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ；ｓａｉ ｔ ｂ ｌ ｙ；ｓｅ ｌｐｉ ｃ ｒ ｓ ｌ ｔ ｔ ｓａ ｉｉ ｃ ｔ ｔ ｅ ｐｅ ａ ｈ ｔｕ ｓ ｒ
文章 编号 ：０ ３０ ７ （０ ８ ０ －３ ８ ３ １０ － ２ ２０ ）３０ ７ － ９ ０
Ｓｔ ｙ ｏ ｈｅ Ｓ ａ ｉ ｔ ｂｉ ｔ ｆ Ｓｔ ｅ ｐｅ Ａｒ ｈ Ｔｒ ｓ ｕｄ ｎ ｔ ｔ ｔｃ Ｓ ａ ｌ ｙ ｏ ｅ ｌＰｉ ｃ ｕ ｓ ｉ
Ｐ ＥＮＧ ｉｎ Ｘ ｌ ．Ｊ Ａ ｎ — ｉ Ｊ ａ —Ｕｌ Ｉ Ｈｏ ｇ ｗｅ （ ． ｏ ｅｅｏ Ｃｖ ｎｉｅｒ ｇ Ｘｎａ ｇＮ ｒ ａ Ｕ ｉ ｒｉ ， ｉｙｎ ６０ ，ｈｎ ； １ Ｃ Ｈ ｇ ｆ ｉｌ ｇｎｅｉ ， ｉｙｎ ｏ ｌ ｎｖ ｓｙ Ｘ ｎａｇ４４ ０ Ｃ ｉａ ｉＥ ｎ ｍ ｅ ｔ
大跨度空间桁架预拱度设置及稳定性分析

大跨度空间桁架预拱度设置及稳定性分析

大跨度空间桁架预拱度设置及稳定性分析
胡荣;张伟
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2011(026)012
【摘要】随着空间结构施工技术的发展,大跨度空间桁架的应用越来越广泛.结合工程实践,利用大型有限元分析软件ANSYS 10.0对空间桁架进行数值模拟,分析其在荷载作用下的变形及稳定性,以寻求一个合理的预拱度使结构极限承载力和稳定性均能满足要求.
【总页数】3页(P6-7,16)
【作者】胡荣;张伟
【作者单位】常州第一建筑集团有限公司,江苏常州213000;常州第一建筑集团有限公司,江苏常州213000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.大跨度连续钢桁梁桥预拱度设置研究 [J], 刘兵
2.大跨度铁路连续钢桁梁桥预拱度设置研究 [J], 冯沛
3.高速铁路大跨度连续刚构梁桥预拱度设置对无砟轨道的影响研究 [J], 王安琪; 姜恒昌; 张光明; 杨荣山; 褚卫松
4.大跨度连续梁桥预拱度设置研究 [J], 成凯
5.大跨度连续梁桥预拱度设置研究 [J], 成凯
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平面钢管桁架拱平面内稳定承载力的参数分析

平面钢管桁架拱平面内稳定承载力的参数分析


给出纯 压抛物 线钢拱 的平 面 内稳定设 计公 式 ； 黄 李
骥 用有 限壳 单元模 型先 分 析 了工 形 截 面两 铰 圆
生 平 面 内失 稳 ， 平 面 外 失 稳 可 以通 过 布 置 一定 数 量 的侧 向支 撑来 解 决 ， 所 以对 其 平 面 内 的稳 定 性 能 研 究 具 有 较 大 的 工 程 意 义 。本 文 是 对 平 面 圆 钢 管桁 架 拱 的 高跨 比 、 矢 跨 比、 腹 杆 与 弦 杆 外 径
弧 钢拱 的平 面 内弹性屈 曲性能 ， 与拱 的经典 屈 曲理
论作 了对 比 ， 指 出了必须 同时考 虑长 细 比和矢跨 比 对 屈 曲荷 载 的影 响。
１ 分 析 对 象及 力 学模 型
分 析采用 有 限元 软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 平 面钢 管 桁 架
的 比值 等 几 何 参 数 对 其 平 面 内稳 定 承 载 力 的影
初 始挠度 沿轴 线 的分 布形 式 ， 指 出 了桁 架拱 几种 可 能 的破 坏和失 稳形式 ； 对 两铰 圆弧形 钢管桁 架拱 的
弹性 及 弹塑性 失稳 机 理及 承载 性 能进 行 了深 入研
模 型均采 用 Ｑ ２ ３ ５热 轧 圆形 钢管 ， 弹性 模 量 取
Ｅ ＝２． ０×１ ０“Ｐａ
式— — 桁架拱 ¨ 。钢管 桁 架拱 按 照 空 间形 式 可 以 分 为空 间钢 管桁 架拱 和平 面钢管桁 架拱 ， 平 面钢管
角 形截 面桁架 架拱 ， 首先 对其进 行 了几何 非线性 分
析， 求得 这种 析架 拱 面 内稳 定 的Ｉ 临界 荷 载 ； 然 后 通 过 正交 试验设 计分 析 ， 得 到影 响它在 全跨 均布荷 载 作 用下 面 内稳 定 承 载 力 的显 著 性 参 数 ； 林 冰＿ ６ 采 用 大挠 度弹 塑性有 限单 元 法对 全 跨 竖 向均 布 荷 载 作用 下 纯压抛 物线 拱平 面 内稳 定承 载力进 行研究 ，
平面钢管桁架拱平面外稳定承载力的参数分析

平面钢管桁架拱平面外稳定承载力的参数分析

平 面外 转 动 刚 度 对 面 外 稳 定 承 载 力 影 响 显 著 的 结论 。
向重 力 的效率 高 等优 点 。但 平 面 钢管 桁 架 拱 因 为
其平 面外 稳定 承 载力 的制 约 所 以采 用 较 少 。本 文
对平 面平 面钢 管桁 架 拱 的各 项 几何 参 数 对 其平 面
拱 结构 而言 ， 稳定性 问题 往往是 其控 制 因素 。 桁 架 拱根 据 平衡 路 径 的不 同可分 为 平衡 分 叉 失稳 、 跳跃失 稳 和极 值 点失 稳 ； 根 据 失 稳后 结 构 是 否有平 面位 置变 化可 分 为 平 面 内失 稳 和平 面 外 失 稳； 根 据分析 方法 的不 同可 以分为线 性屈 曲和非线
圆弧 桁 架 拱 的 稳 定 承 载 力 计 算 公 式 。董 一 萌
对平 直立 体 桁 架 和 拱 形 立 体 桁 架 进 行 了 特 征 值 屈 曲分 析 和非 线 性 分 析 ， 得 到 了影 响 立 体 桁 架 面 外稳 定 的两 个 显 著 因 素 ： 截 面 宽 高 比 和桁 架 高跨
比， 并得 到 了发生 失 稳 破 坏 的 临界 矢 高 与跨 度 的 关 系的公 式 ； 窦超 等 对 均 匀 受压 圆 弧拱 平 面外 稳定 承 载 力进 行 研 究 ， 建 立 了基 于正 则 化 长 细 比 的设 计 方法 ， 获得 不 同边 界 条 件 下 均 匀 受 压 圆 弧 拱 面外 稳定 曲 线 的 统 一 表 达 式 ； 黄 政 华 等 儿 ６ ｌ 对平 面钢 管桁 架 拱 的分 析 模 型 进 行 了研 究 ， 并 对 平 面外 失 稳 的刚 度 参 数 进 行 了分 析 ， 并 得 出 节 点
摘 要： 介 绍 了桁 架拱 的分 类和 失稳特 点 ， 对 平 面桁 架拱 的有 限元模 型进 行 了讨 论 。采 用有 限元 软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ分析 ， 对影 响平 面钢 管桁 架拱 的稳 定 性 的各 项 几何 参数 进 行研 究 ， 几何 参数 包括 结 构 的 高跨 比 、 矢跨 比、 腹 杆 与弦杆 的 比值 以及侧 向支撑 。分 别进 行 了特征 屈 曲分析和 考虑初 始缺 陷的双 重非线性 分析 ， 得到 各 几何参数 对平 面钢 管桁 架拱 的 面外稳 定 承 栽 力的 影 响程度 。找 出 对 平面钢 管桁 架拱平 面 外稳 定性起 控 制作 用的参 数 ， 从 而 为一般 荷 载作 用下 的平 面钢 管桁 架拱 的稳 定承 载 力的设计提 供参 考 。

拱形管桁架平面外稳定有限元分析

第 ２８卷 第 ２期 ２０１８年 ６月
洛阳理工学院学报（自然科学版） ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｕｏｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ２８ Ｎｏ２ Ｊｕｎ２０１８
拱形管桁架平面外稳定有限元分析
林歆昊，马爱民
（西安工业大学 建筑工程学院，陕西 西安 ７１００２１）
１ 模型建立
选取倒三角形拱形管桁架为研究对象，拱轴线
为圆弧形，如图 １所示。ｆ为矢高，Ｌ为跨度，φ为
对应圆心角，ｂ为截面宽度，ｈ为截面高度。
有限元模型的尺寸参数，根据钢结构设计规范
中的规定以及基本工程所涵盖的常用尺寸，取如下
范围：
（１） 对于 矢 高 与 跨 度，取 矢 跨 比 ｆ／Ｌ为 ０１
～０４。
倒三角形拱形管桁架全跨、半跨节点集中荷载一阶屈曲模态分别如图 ２和图 ３所示，均为平面外失 稳。一阶屈曲系数分别为 ３１７１０、５５８５０。由于施加的是单位荷载，特征值屈曲分析所得的屈曲荷载为全 跨屈曲荷载 ３１７１ｋＮ，半跨屈曲荷载 ５５８５ｋＮ。
图 ２ 全跨布置一阶屈曲模态 图 ３ 半跨布置一阶屈曲模态
３８ 洛阳理工学院学报 （自然科学版）
第 ２８卷
的倒三角形拱形管桁架平面外屈曲荷载 －位移图如图 ４和图 ５所示，Ｐ为节点施加荷载，Ｓ为跨中平面外 位移。
从图 ４和 图 ５可 以 看 出，全 跨 集 中 荷 载 的 屈 曲 荷 载 为 ３０１５ｋＮ，半 跨 集 中 荷 载 的 屈 曲 荷 载 为 ５１２４ｋＮ，较各自特征值分析结果相比，其结果小于特征值分析结果。再将两者等效为均布荷载，即全跨 不变，半跨缩小一倍，得到等效全跨均布屈曲荷载为 ３０１５ｋＮ，等效半跨均布荷载为 ２５６２ｋＮ，全跨大 于半跨屈曲荷载。这是由于初始缺陷的影响，半跨本身在加载的过程中存在荷载不对称，造成了初始缺 陷的放大，降低了其平面外稳定性。

弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的稳定承载力研究的开题报告

弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的稳定承载力研究的开题报告一、研究背景和意义钢拱结构作为一种高效、轻量化、经济的结构体系，广泛应用于体育馆、展览馆、火车站、机场等大跨度建筑中。

圆弧拱作为钢拱结构的一种典型形式，在受从轴向外力作用下具有较好的稳定性和承载能力。

然而，在实际工程中，弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的承载性能却经常受到不良的地震和风荷载的影响，使其整体弯曲扭转失稳，严重影响其安全可靠的使用效果。

因此，对弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的稳定承载力进行研究，可以为确保其使用的安全性和可靠性提供可行的技术支撑和理论指导，具有重要的现实意义和实际应用价值。

二、研究的目的和内容本研究旨在分析弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的力学稳定性和承载能力，建立适用于该结构的稳定分析模型，探讨各种力学因素对其稳定性和承载性能的影响规律，为其设计和施工提供可靠的理论依据和技术指导。

具体研究内容包括：1. 对弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的力学特性进行分析，推导其稳定方程和承载能力计算公式。

2. 对圆弧钢拱在不同荷载作用下的弯曲扭转稳定性进行理论研究，探讨影响其承载能力的主要因素。

3. 基于ANSYS有限元软件，对弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的力学性能进行数值模拟，并与理论计算结果进行比较。

4. 对弹性开口薄壁截面圆弧钢拱进行样板实验，验证其力学稳定性和承载能力。

三、研究方法和技术路线本研究将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法，建立弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的力学稳定分析模型，探讨其主要因素对其承载能力的影响规律，通过数值模拟和实验验证相互印证，全面深入地探究该结构的力学性能。

该研究的技术路线如下：1. 理论分析阶段：建立弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的力学稳定分析模型，在推导稳定方程和承载能力计算公式的基础上，探讨其力学特性及稳定性和承载能力的影响因素。

2. 数值模拟阶段：基于ANSYS有限元软件，建立弹性开口薄壁截面圆弧钢拱的三维有限元模型，模拟不同荷载条件下该结构的力学性能，并对模拟结果进行分析和处理。

空间桁架拱几何非线性稳定分析_陈长贞

Keywords：stability analysis；eigenvalue buckling analysis；initial defects；geometrical nonlinear
0 引言
拱通过其特殊的曲线形式实现将荷载产生的弯 矩转换为沿拱轴线的拉压力，而桁架则通过格构的 方式将弯矩转换为弦杆的轴力，二者的有机结合形 成了一种更有效率的结构形式，即桁架拱。拱的破 坏形态以失稳破坏为主，本文针对空间桁架拱的稳 定性问题进行了一些探讨。
表 1 整体结构的线性屈曲临界荷载系数
荷载 工况
1 2 3 4
1阶
11.56 11.48 10.27 13.33
2阶
11.56 11.48 10.27 13.33
3阶
11.56 11.52 10.31 13.33
4阶
11.56 11.52 10.31 13.33
5阶
11.61 11.64 13.15 13.37
第6期 2015 年 6 月
广东土木与建筑
GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING
空间桁架拱几何非线性稳定分析
No．6 JUN 2015
陈长贞
（中交机场勘察设计院有限公司 广州 510220）
摘 要：介绍空间桁架拱的几何非线性稳定性分析方法，并采用该方法对高明文化中心项目 80m 大跨桁架拱的稳定性进 行实践应用，从特征值屈曲分析获取结构初始缺陷，最后采用几何非线性的方法对结构进行了稳定分析。
表 2 一阶屈曲特征值数据
图 6 考虑初始缺陷后的拱模型
在 Midas Gen 软
件中设定非线性控制
数据，最大位移为位于
拱顶的节点 209，通过

钢管混凝土拱肋面内稳定的计算方法

Ｘ２ ／ ３． ４５， 为无铰拱。
本文采用 ＡＮＳＹＳ 软件进行有限元建模，钢材采
∗国家自然科学基金资助项目（５１３０８２５４） 。
第一作者：郑皓文，男，１９９２ 年出生，硕士研究生。
Ｅｍａｉｌ：３６２５９２５３３＠ ｑｑ． ｃｏｍ
收稿日期：２０１６ － ０２ － ２０
７１
标准与规范
用理想弹塑性模型，以双线性随动强化模型 ＢＫＩＮ
３００ 余座。 自 １９９０ 年以来新建成的所有拱桥中，钢
限元分析，将有限元结果与上述 ４ 本规范或规程的
至 ２０１０ 年，跨径不小于 ５０ ｍ 的钢管混凝土拱桥有
管混凝土拱桥的数目远超混凝土拱桥和钢拱桥
［１］
。
可靠性的前提下，对钢管混凝土单圆管拱肋进行有
设计结果进行比对，对钢管混凝土拱肋面内稳定承
设计公式分界条件时，对于本文所计算的拱肋，稳定
系数 φ 的最大值为 ０ ６６２，此时 ２φ３ η０ ＝ ０ ０９３，即
３ ＧＢ ５０９２３—２０１３ 计算方法
１０％ 。 为方便计算，本文不考虑 ２φ３ η０ 的分界条件，
度计算式与 ＪＧＪ ／ Ｔ ２４９—２０１１ 规程的计算式类似。
Ｎ ／ Ｎ ｕ ＜ ２φ３ η０ 时的二次函数段仅为总关系曲线的
对于上述 ４ 种工况，本文分别取以下 ３ 个截面
矩产生的截面；３ ） 弯 矩 和 轴 力 水 平 都 比 较 高 的 截
面。 通过计算对比发现，最不利位置一般出现在拱
顶、拱脚和 １ ／ ４ 跨的位置。 因此实际工程中可用这
３ 处截面的内力进行设计。
２ ＪＧＪ ／ Ｔ ２４９—２０１１ 计算方法
ＪＧＪ ／ Ｔ ２４９—２０１１ 规程提出了钢管混凝土圆弧

闭口薄壁截面圆弧拱空间动力稳定性分析

闭口薄壁截面圆弧拱空间动力稳定性分析拱空间是圈上最重要的结构，是用钢筋混凝土构造的结构体，具有许多优点，如轻巧、耐久性、结构紧凑、易于施工等。

然而，随着钢筋混凝土施工技术的发展，其力学特性也不断改变，其动力稳定性也会受到负面影响，需要改进方案才能提高安全性。

因此，本文重点研究的是闭口薄壁截面圆弧拱空间的动力稳定性。

一、空间的结构特性拱空间的结构特性是影响其动力稳定性的关键因素，包括截面形状、尺寸比、自重、以及拱空间中的窗口尺寸等。

1.面形状弧拱空间的截面形状很重要，其中圆弧形的圆弧拱空间是典型的闭口薄壁截面结构，弦高比较低，可以降低结构的自重和阻力，从而提高拱空间的动力稳定性。

2.寸比拱空间的尺寸比也很重要，其中拱顶和腹板的比例也影响拱空间的稳定性，尺寸比太大会使得拱空间的结构变得稳定，而尺寸比太小会导致拱空间变得不稳定。

3.重自重是拱空间结构中最重要的因素，当它过重时，会使拱空间的结构变得不稳定，并增加动力的不稳定性。

4.口尺寸窗口尺寸也是影响拱空间动力稳定性的重要因素，如果窗口太小，它将限制窗口的空气流动，从而降低拱空间的动力稳定性。

二、力稳定性分析动力稳定性分析主要是检查拱空间的结构特性，以确定它是否对环境和动力因素具有足够的强度和稳定性。

该分析可以用来确定拱空间的结构特性，如尺寸比、自重、窗口尺寸等，以及确定有关动力稳定性的参数，如屈服点、破坏点、稳定系数等。

1.服点服点是拱空间结构的关键参数之一，它是指拱空间在某种动力因素下所承受的屈服载荷，并最终导致拱空间结构形变的点。

2.坏点坏点是拱空间结构破坏的关键参数，它是拱空间在某一载荷下所承受的极限载荷，当该载荷超出拱空间的载荷能力时，拱空间结构将受到破坏。

3.定系数定系数是拱空间动力稳定性的关键参数，它是根据拱空间的结构特性和动力因素计算出来的，它可以用来衡量拱空间结构的稳定性，稳定系数越大，则拱空间的结构稳定性越高。

三、善方案为了提高闭口薄壁截面圆弧拱空间的动力稳定性，需要对其结构特性和动力参数进行改进。

钢拱的平面外稳定性分析

钢拱的平面外稳定性分析
杨永华;刘建新
【期刊名称】《四川建筑科学研究》
【年(卷),期】2009(035)002
【摘要】给出了钢拱在一般荷载作用下的压弯相关公式,并通过对荷载条件、圆心角、不同截面放置方式等影响参数进行分析,验证了相关公式的安全性和适用性.【总页数】2页(P100-101)
【作者】杨永华;刘建新
【作者单位】上海师范大学建筑工程学院,上海,200234;上海师范大学建筑工程学院,上海,200234
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
【相关文献】
1.侧向支撑对腹板开洞钢拱平面外弹性屈曲的影响分析 [J], 姜丽云;李明;范鸿波
2.大型复杂体系钢构件吊装的平面外稳定性分析 [J], 李汇;王学国;何国武
3.U型截面钢拱平面外稳定分析 [J], 常玉珍;王玲玲;李晓莉;赵洪金
4.大跨度V形拱钢拱桥稳定性分析 [J], 王春雪;周麟;张振伟
5.双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析 [J], 刘学杰;袁波;卢超杰;郑勇
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基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 50478013) 。 作者简介: 郭彦林 ( 1958 ), 男, 陕西富平人, 工学博士, 教授。 E-m ai: l gy@ l ts inghua edu cn 通讯作者: 窦超 ( 1984 ), 男, 陕西咸阳人, 博士研究生。 E-m ai: l douc06 @ m ails thu edu cn 收稿日期: 2009年 5月
, 同时也有一定的试验 研究
[ 9, 12-16]
; 但对 于
桁架 拱 稳 定 性 能 理 论 研 究 的 文 献 资 料 还 比 较 少 , 而试验研究 方面则 鲜有 报道。所以, 研究 桁 架拱的稳定性 能及 受力 破坏 机 理, 总 结出 桁架 拱 系 统的稳定承载力理论以 及适合工 程实践 应用的设 计 公式或建议, 对工程设计具有指导意义。 目前, 工程 上普 遍 应 用的 空 间 钢管 桁 架 拱有 4 种截面形式: 正三 角 形, 倒 三角 形, 矩形 与 梯形。 本 文以四边形 ( 矩形和倒梯形 ) 截面的 两铰圆弧形空 间 钢管桁架拱为 研究 对象, 通过 大 量的 数值 分析 与 试 验研究, 一方面 揭示 其失 稳机 理 与构 件截 面及 轴 线 几何参数之间 的关 系; 另 一方 面 在了 解其 破坏 与 失 稳机理的前提下, 通过大 量算例 的有限元 数值分 析, 比较压弯拱与 纯压 拱之 间的 内 在联 系, 最 终建 立 压 弯钢管桁架拱稳定承载力的设计方法。
[ 17 -18] [ 1-11]
反对称初始几何缺陷的影响
[ 6]
。
图 1、 2 分别给出了全跨荷载、 半跨荷载作用下的 荷载位移曲线, 4种参数情况分别对应于 曲线 1 ~ 4。 第 1种情况 下由 于 拱的 整体 长细 比 较大, 发生 的是 整体失稳破坏; 第 2种和第 4 种情况由于腹杆刚度很 弱, 在剪力作用 下首 先发 生局 部失 稳 破坏 导致 结构 丧失承载能力; 第 3 种情况下 拱的整 体长细 比较 小, 而节间弦杆的长 细 比较 第 1 种情 况 增大, 节间 弦杆 的屈曲先于结构 整 体屈 曲发 生, 因 此 最终 破坏 形态 为节间弦杆的失稳。
g
F ig . 2
图 2 半跨荷载下的荷载 位移曲 线 Load -d isplacem ent curves der ha lf span load
从图 1~ 2所示的 计算结果 可以 看出, 整 体失稳 时, 极值点后荷载随着变形 的发展 下降缓慢, 而弦杆 局部失稳时则下降稍快。腹 杆失稳 导致拱的 承载能 力迅速下降, 具有 脆性 破 坏的 特征。 拱的 整体 长细 比较大时, 全跨 荷载 作用 下腹 杆失 稳 与整 体失 稳相 比承载力有一定 下 降, 半 跨荷 载作 用 下腹 杆失 稳则 会导致承载力更 大 幅度 地下 降; 当 整 体长 细比 较小 时, 不论全跨荷载还是半跨 荷载, 腹 杆失稳都 会导致 承载力大幅下降, 尤其半跨 荷载作 用时下降 得更 多。 拱在半跨荷载作 用 下的 剪力 比全 跨 荷载 要大, 因此 在尺寸相同的情 况 下, 半 跨荷 载作 用 下腹 杆更 容易 发生局部失稳, 且承载力下降得更多。
图 1 全跨荷载下的荷载 位移曲 线 F ig . 1 L oad-d isp lace m ent curves under full span load
1 稳定承载力理论研究
1 1 弹塑性失稳模式 在平面内竖 向荷 载 作用 下, 矩 形截 面 钢管 桁 架 拱会发生整体 失稳、 弦杆 局部 失 稳以 及局 部与 整 体 的相关失稳。另外, 腹杆作 为抵抗剪 力的 构件, 其 轴 力也较大, 当腹 杆尺 寸较 小时 容 易发 生腹 杆的 局 部 失稳。 以 矩 形截 面 桁 架 拱 为 例, 跨 度 30m, 矢 跨 比 0 30, 弦杆采用 152 6, 腹杆 与弦杆 的壁厚比 0 5,
54
为零。全跨荷载作 用时, 考虑 峰值 大 小为 S /500 的
0 引言
拱是一种古 老的 结 构形 式, 是 结构 与 建筑 的 完 美结合。新的 建筑 材料 和新 的 结构 形式 的应 用, 使 拱形结构又 得到 了 不断 发展。 一方 面, 拱 的发 展 经 历了石拱、 砖拱、 混凝土拱 到钢拱; 另 一方 面, 又经 历 了等截 面 拱、 变截 面 拱、 腹 板 开 洞 拱到 桁 架 拱。 目 前, 拱形钢结构 尤其 是空 间钢 管 桁架 拱是 大跨 度 结 构中广 泛采 用 的 一种 结 构 形 式。从 已 有 的 文 献 来 看, 针对实腹式 和腹 板开 洞拱 的 理论 研究 较为 深 入 和广泛
Abstract : Th e buck ling m odes and failu re m echan ism of circu lar tru ss-arches w ith quad rangu lar sect ion s under d ifferent load cases includ ing horizon tal un ifor m load, axially un ifor m ly d istribu ted load and concen trated load were investigated, and the in fluence of d ifferen t geom etric para m eters of th e tru ss-arches su ch as sectional h eight - to -w id th rat io , rise - to -span ratio , web-m e mb er in cluded angle and sect iona l d m i ens ion on th e failure mod e and bearing capacit ies were also d iscussed, wh ich shows that loca l buck ling of chord m embers , loca l buck ling of w eb m e mb ers, globa l bu ck ling and in teractive bu ck ling may occur under d ifferen t cond itions, and co m pared w ith g lob al bu ck ling and chord-m e mb er local buck ling , the buck ling of web m embers largely decreases bearing capac ity of the whole truss -arch, wh ich shou ld b e preven ted in design. The tests of fou r tru ss -arch mode ls w ith rectangu lar and trap ezo ida l sections were carried out , wh ich ind icates tru ss arches w ith the two types of sections m en tion ed above have almost th e sa m e stiffness and b earing cap acity, and th ey can share the sa m e des ign for mu la . F in ally , the d es ign formu la for p red icting th e bearing capacity of circu lar truss -arch es w ith quadrangu lar sections under comb ined comp ression and mom en ts w as proposed, based on both the quant ities of num erical an alyt ical resu lts as well as the stab ility cu rve o f th e truss -arches on ly sub jected to hyd rostat ic pressu re . K eywords : tru ss -arch; quad rangu lar section; static test ; in-p lan e stab ility ; b earing capac ity ; des ign m ethod
g
0 6m, 腹杆与弦杆外径比 D d /D c = 0 5; ( 2 )
g
= 60,
= 30 , H = 1 5m,
= 30, H = 1 5m, D d /D c = 0 2。
针对以上 4 种 情况, 考察 桁架 拱 在全 跨和 半跨 水 平 均布荷载 作 用下 的 弹 塑 性稳 定 性 能及 失 稳 破 坏 机 理。采用理想弹塑性材 料模型, 弹 性模量 2 06 10
截面宽高 比 0 5。定 义 桁 架拱 的 几 何 长细 比 2S /H (S 为拱轴弧长的一半, H 为截面高度 )。 算例 设 计 考 虑 4 种 情 况: ( 1 ) H = 0 6m, D d /D c = 0 2; ( 3 ) D d /D c = 0 5; ( 4 )
g g
=
= 60, H =
Theoretical and experm i ental investigation on in -plane stab ility of spatial circular tube truss -arches w ith quadrangular section
GUO Y an lin , GUO Y ufe,i DOU Chao , LI N B ing ( D epart m en t of C iv il Eng ineer ing , T singhua U n iversity , Beijing 100084, China)