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侧向支撑对圆弧拱平面外稳定性能影响的研究

作　者: 陈光
导　师: 王俊平
学　校: 昆明理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢拱 侧向支撑 屈曲荷载 圆心角 计算长度系数
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


对于无支撑单肋钢拱,由于其平面外自身刚度较小,在荷载作用下更容易发生弯扭整体失稳,且其屈曲荷载比同等跨度的直梁小很多,因此构件的强度得不到充分的利用。在实际工程中,往往通过加侧向支撑来提高钢拱的稳定性。以往关于拱的稳定理论研究大多数都集中在单肋无支撑拱在均布径向荷载作用下的弯扭整体失稳,且不同学者在研究中所采用的假设存在很大差异,因此至今拱的稳定理论还没有直梁那样成熟。由于目前缺乏侧向支撑对拱稳定性能影响的研究,也没有相应的设计方法可以遵循,故对其稳定性得不到正确的估计。本文主要任务就是对拱的侧向支撑进行全面分析,考虑其对拱稳定性的影响。本文运用有限元分析方法,通过对双轴对称工字型截面钢拱布置单支撑和多支撑来讨论侧向支撑对拱稳定性能的影响。在布置单支撑情况下,研究支撑位置和支撑刚度变化对拱稳定性的影响,并考虑侧向支撑位置和荷载作用位置对拱稳定性影响之间的关系。在布置多支撑情况下,考虑不同支撑数量、不同支撑刚度和不同支撑作用位置对拱的稳定性的影响,并按照轴心受压构件欧拉临界力计算公式的形式提出拱的平面外计算长度系数,并对布置完全有效支撑下在何时不考虑平面外稳定影响。通过本文的研究,将进一步完善拱的稳定研究,获得的结论对工程设计具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-15
  1.1 问题的提出  8-10
  1.2 拱稳定理论的研究动态  10-13
  1.3 本文的主要方法、内容和目的  13-15
第二章 无支撑两铰拱的稳定理论  15-27
  2.1 工字型曲梁非线性分析的基本理论  15-23
    2.1.1 坐标系和基本假定  15-16
    2.1.2 截面的位移  16-17
    2.1.3 应力—位移关系  17
    2.1.4 应力及其合力  17-18
    2.1.5 虚功方程  18-22
    2.1.6 工字型曲梁非线性分析的总势能  22-23
  2.2 双轴对称工字型截面拱的稳定  23-25
    2.2.1 非线性分析的基本理论  23-24
    2.2.2 均布径向荷载作用下两铰拱的平面内屈曲  24-25
    2.2.3 均布径向荷载作用下两铰拱的平面外屈曲  25
  2.3 其它拱平面外稳定基本理论  25-27
    2.3.1 TIMOSHENKO等对拱的平面外屈曲荷载的研究  25-26
    2.3.2 项海帆对拱的平面外屈曲荷载的研究  26-27
第三章 拱稳定分析的有限元方法  27-44
  3.1 有限元模型的建立及求解  27-33
    3.1.1 基本假设  27-28
    3.1.2 单元类型的选取及介绍  28-29
    3.1.3 结构模型的计算简图  29-30
    3.1.4 边界条件  30-31
    3.1.5 荷载条件  31
    3.1.6 稳定分析的有限元理论  31-32
    3.1.7 特征值屈曲的有限元过程  32-33
  3.2 ANSYS模型检验  33-35
  3.3 无支撑两铰拱的屈曲分析  35-43
    3.3.1 均布径向荷载作用下两铰拱的屈曲分析  35-38
    3.3.2 均布荷载作用下两铰拱的屈曲分析  38-40
    3.3.3 荷载作用位置对拱屈曲荷载影响总结  40-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 单支撑拱稳定性能的研究  44-67
  4.1 单支撑拱屈曲分析  45-64
    4.1.1 单支撑拱计算模型和变形示意图  45-47
    4.1.2 单支撑拱不同条件下的屈曲荷载  47-64
  4.2 荷载作用位置对单支撑拱屈曲的影响  64-66
  4.3 本章小结  66-67
第五章 多支撑拱稳定性能的研究及稳定控制条件  67-86
  5.1 多支撑拱屈曲分析  67-74
    5.1.1 多支撑拱计算模型和变形示意图  68-69
    5.1.2 多支撑拱不同条件下的屈曲荷载  69-74
  5.2 拱的平面外计算长度系数  74-80
  5.3 完全有效支撑下拱的屈曲分析及稳定控制条件  80-85
    5.3.1 完全有效支撑下拱的屈曲分析  80-84
    5.3.2 完全有效支撑下拱的稳定控制条件  84-85
  5.4 本章小结  85-86
第六章 结论与展望  86-88
  6.1 本文的结论  86-87
  6.2 展望  87-88
致谢  88-89
参考文献  89-93
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文  93-94
附录B ANSYS的APDL源程序  94-101

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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