侧向支撑对圆弧拱平面外稳定性能影响的研究

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