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大跨度管桁架承载力及稳定性分析

作　者: 黄江
导　师: 肖亚明
学　校: 合肥工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 大跨度管桁架稳定性承载力屈曲分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

大跨度空间结构是当前土木工程学科的一个重要发展方向。拱形钢结构是众多空间结构体系中的一种，在建筑结构和桥梁结构中有着广泛的应用。拱以其独特的曲线形式实现了弯矩向轴力的转化，而桁架则通过格构的方式将弯矩转换为弦杆的轴力，所以将拱和桁架两种结构形式有机结合，其受力更为合理。本文以安徽省合肥市某高速公路收费站收费大棚的大跨度拱与桁架结合的管桁架为工程背景，结构形式为上部采用拱桁架，下部屋面采用双向桁架。采用有限元设计及分析软件SAP2000研究立体管桁架模型的受力特点及稳定性能。本文对结构进行线性分析、几何非线性分析、线性时程分析以及拱桁架支座形式改变和矢跨比改变（f=0.12、f=0.14、f=0.16、f=0.18、f=0.20、f=0.22）的线性分析。对上述分析工况采用振型分解反应谱法、时程分析法求解结构地震响应，采用屈曲分析求解结构稳定屈曲因子。通过对上述分析工况的研究得出如下主要研究结论：考虑几何非线性（P-△效应、大位移效应）时，结构部分杆件应力比降低，屈曲因子略微降低；拱桁架支座形式的改变对结构的水平推力、承载力及整体稳定性有着直接的影响；随着矢跨比的变大，拱桁架的水平推力逐渐减小、稳定性逐渐降低、周期逐渐增大、竖向位移逐渐减小、水平位移逐渐变大；对结构在三种地震波（Taft波、EI-Centro波、兰州波）下进行线性时程分析得出的承载力及稳定性结果表明结构安全。本文通过对该实际工程进行分析，所取得的分析结果为今后同类型大跨度结构承载力及稳定分析提供一个设计参考，具有有益的工程参考价值。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-14
第一章绪论  14-23
  1.1 引言  14-15
  1.2 国内外应用现状  15-16
  1.3 管结构分类  16-19
  1.4 大跨度管桁架结构研究现状  19-21
    1.4.1 管结构相贯节点研究现状  19-20
    1.4.2 大跨度管桁架结构稳定性研究现状  20-21
  1.5 本文的研究工作  21-23
第二章结构稳定分析基本理论  23-28
  2.1 概述  23
  2.2 稳定问题的类型  23-26
    2.2.1 稳定问题类型——平衡分岔失稳  24
    2.2.2 稳定问题类型——极值点失稳  24-25
    2.2.3 稳定问题类型——跳跃失稳  25-26
  2.3 稳定问题计算方法  26-28
    2.3.1 稳定问题计算概述  26
    2.3.2 稳定问题计算方法  26-28
第三章有限元分析方法  28-39
  3.1 有限元分析法概述  28
  3.2 空间梁单元刚度矩阵  28-32
    3.2.1 轴向力  29-30
    3.2.2 扭矩  30
    3.2.3 xz 平面内的弯曲和剪切  30-31
    3.2.4 xy 平面内的弯曲和剪切  31-32
  3.3 线性弹性稳定及几何非线性  32-36
    3.3.1 梁单元的几何刚度刚度  32-34
    3.3.2 几何非线性——切线刚度矩阵  34-36
  3.4 屈曲载荷的计算  36-39
    3.4.1 线性屈曲整体分析  36-37
    3.4.2 非线性弹性稳定问题  37-39
第四章管桁架的承载力及整体稳定分析  39-78
  4.1 工程概况  39-45
    4.1.1 工程简介  39-40
    4.1.2 荷载载重及荷载布置图  40-43
    4.1.3 设计荷载组合及分析法  43-45
    4.1.4 管桁架的有限元分析  45
  4.2 线性屈曲分析  45-51
  4.3 非线性屈曲分析  51-56
  4.4 支座形式改变（线性分析）  56-66
    4.4.1 两端固定支座  57-60
    4.4.2 一端固定、一端滑移  60-63
    4.4.3 两端弹性支座  63-66
  4.5 拱桁架矢跨比改变（线性分析）  66-69
  4.6 线性分析与非线性分析小结  69-73
  4.7 时程分析  73-78
    4.7.1 线性时程分析、屈曲分析  73-76
    4.7.2 时程分析与反应谱分析对比  76-78
第五章结论与展望  78-80
  5.1 结论  78
  5.2 不足与展望  78-80
参考文献  80-83
攻读硕士学位期间发表的论文  83-84

大跨度管桁架承载力及稳定性分析

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