腹板开洞钢拱的平面内稳定极限承载力设计理论及方法

腹板开洞钢拱组合了拱和开洞构件的特性,目前在轻轨列车站篷及航站楼等的钢结构中有广泛应用。本文首先用有限壳单元分析了以工形截面腹板开洞圆弧钢拱为代表的拱的平面内弹性屈曲性能,考察了腹板孔洞的几何参数和拱本身的几何参数对屈曲荷载的影响;按照整体屈曲荷载的等效原则,把腹板开洞拱等效为由两个T形截面和缀板组成的格构式构件,并给出了格构式构件的等效截面尺寸。然后研究了各参数下的腹板开洞钢拱的弹塑性屈曲性能,定量考察了孔洞对稳定极限承载力的削弱作用,提出了腹板开洞钢拱特有的单边塑性铰的破坏机理。利用已经建立的拱的稳定系数与拱的正则化长细比的关系,根据等效构件的换算长细比,提出了受静水压力及其它荷载分布形式的腹板开洞拱的平面内稳定极限承载力设计方法。     

两铰圆弧车辐钢拱平面内弹塑性稳定设计

车辐式钢拱的稳定问题相对纯拱来说更为复杂,除长细比、矢跨比之外,还受索盘高度、拉索数量、拉索面积及预应力水平的影响.目前钢拱平面内稳定性及承载力设计方法已经成熟,但对车辐拱的研究仅限于弹性稳定性能的定性分析,尚未有弹塑性稳定承载力的设计计算方法,导致设计人员在初步设计时对于车辐拱各几何参数的取值以及稳定承载力的估算无章...     

实腹式等截面纯压钢拱的平面内弹性屈曲系数

利用有限单元法对静水压力作用下的圆弧钢拱、沿水平轴分布的竖向均布荷载作用下的抛物线钢拱、沿拱轴线分布的竖向均布荷载作用下的悬链线拱的平面内弹性屈曲进行研究,考虑了屈曲前变形、剪切变形及长细比的影响。得到了三铰拱、两铰拱、固定拱的弹性屈曲系数的数值解。对数值解与传统的经典解进行了对比分析,数值解具有更高的精度。计算结果表明,长细比大约在20~50的范围内时,经典解具有很大的误差,用屈曲系数经典解得到的计算长度系数来进行这类纯压拱的平面内稳定性设计将非常不安全。     

楔形压弯构件平面内稳定极限承载力研究

楔形变截面H型钢构件设计中常采用高而薄的腹板,这样能够充分发挥翼缘的承载能力,节省材料。如此虽然可能引起腹板的局部屈曲,但板件的屈曲并不意味着构件承载能力的丧失。应用非线性板壳有限元分析方法,对变截面压弯构件平面内稳定极限承载力进行了分析。在考虑腹板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,系统地分析与评价了腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和楔率等对压弯构件平面内稳定极限承载力的影响,并与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)的计算结果进行了比较,结论可供工程设计参考。     

钢拱平面外稳定的有限元分析

通过有限元软件对钢拱在不同的荷载条件、圆心角、支座约束、侧向支撑等参数下进行平面外弹性稳定分析．得出拱的平面外屈曲荷载随着圆心角的增大而逐渐减小和侧向支撑的数量对屈曲荷载的影响。     

钢拱平面内弹性稳定的有限元分析

由平截面假定出发,利用ANSYS有限元程序对钢拱在不同矢跨比、长细比下进行平面内弹性稳定分析,得出不同矢跨比和长细比等因素对拱结构极限承载力的影响。通过对这种新型结构的分析和研究,从中获得了对拱结构设计有益的结论。     

钢拱单栋塑料大棚平面内极限承载力分析

为了确定初始缺陷、矢跨比、长细比等参数对钢拱单栋塑料大棚平面内极限承载力的影响,文中基于几何非线性和材料非线性的有限元方法对钢拱单栋塑料大棚平面内极限承载力进行了分析。分析结果表明,大棚骨架初始缺陷数值的大小不应大于钢拱整体平面弯曲偏差的L/2500;大棚的最优矢跨比在0.3左右,其极限承载力随着长细比的增加而减小;钢拱单栋塑料大棚的破坏位置集中于跨中、拱肩和底部柱脚处。     

钢管混凝土圆拱的面内承载力分析

迄今为止,全世界已有400多座钢管混凝土拱桥。然而,有关钢管混凝土拱面内承载力的设计规范仍没有。目前,钢管混凝土拱的设计广泛采用钢筋混凝土及预应力混凝土拱的面内承载力设计方法。这样钢管混凝土拱可认为受轴压或偏压作用,相当于钢管混凝土柱。将钢管混凝土柱的经典屈曲荷载作为钢管混凝土拱的参考弹性屈曲荷载。然而,在横向荷载作用下,钢管混凝土拱的面内弹性屈曲性能与轴压下的钢管混凝土柱完全不同,尤其是对于薄壁钢管混凝土拱。另外,与轴压或偏压下钢管混凝土柱不同,钢管混凝土拱在屈曲之前就发生非线性弯曲和横向变形,这严重影响钢管混凝土拱的承载力。因此,钢管混凝土面内承载力的设计方法是否正确值得商榷。提出与现有钢结构设计规范基本一致的钢管混凝土圆拱承载力设计方法,并同时考虑了几何非线性和材料非线性的影响。提出均匀轴压下钢管混凝土拱的面内承载力设计方程,及弯矩和轴压共同作用下钢管混凝土拱面内承载力验算的下限设计方程。     

纯压圆弧形钢管桁架拱平面内稳定性能及设计方法

目前针对钢管桁架拱平面内稳定性能及承载力的研究较少,缺少相应的设计方法。提出了钢管桁架拱截面剪切刚度表达式,考虑剪切变形的影响推导了纯压两铰圆弧桁架拱屈曲荷载的简化计算公式以及换算长细比表达式。基于有限元方法,全面分析了截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角及腹杆截面尺寸等不同参数对平面桁架拱和空间桁架拱弹性屈曲性能的影响,结果表明采用简化公式与有限元分析结果吻合良好。借鉴实腹拱和格构柱的稳定设计方法,采用大挠度弹塑性有限元法系统研究了平面及空间纯压桁架拱的相关稳定承载力,发现节间弦杆长细比与桁架拱整体长细比的比值是衡量局部稳定对整体稳定影响的关键参数,在此基础上提炼出纯压桁架拱的相关作用影响系数,并拟合得到了纯压桁架拱的稳定设计曲线,从而为一般荷载作用下压弯桁架拱的稳定承载力的设计奠定了基础。     

变截面工形柱平面内稳定极限承载力研究

基于非线性板壳有限元结构分析方法,对门式刚架变截面工形柱平面内稳定极限承载力进行了大挠度弹塑性分析研究。在考虑壁板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,对影响稳定承载力的几何参数包括腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件楔率和构件长细比等进行了系统的分析和研究,并与现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行了比较,获得的结论对工程设计具有参考价值。     

关于钢结构抗震设计中轴心受压支撑长细比问题的讨论

在简要阐述钢结构稳定理论的基础上,结合有关规范和试验资料,讨论钢结构抗震设计时轴心受压支撑构件的长细比限值及抗震承载力验算时不同钢种的长细比修正问题,指出在弹性屈曲范围的长细比不应进行钢号修正。     

工形截面钢拱考虑腹板局部屈曲的承载力设计方法研究

把工形截面钢拱的腹板做高做薄是提高其承载力的有效方法之一。该文采用大挠度弹塑性壳单元模型,研究焊接工形截面两铰圆弧钢拱在允许腹板局部屈曲条件下的平面内稳定承载力及其设计方法,其中考虑钢拱几何初始缺陷和残余应力的影响。首先,对钢拱在均匀轴压力作用下的承载力和破坏机理进行有限元数值分析和参数研究,考察拱截面腹板高厚比、钢拱几何长细比、截面翼缘腹板板厚比和翼缘宽厚比对钢拱稳定系数的影响。在设定的钢拱翼缘宽厚比范围内,基于大量的钢拱承载力数值分析结果,提炼出腹板高厚比和翼缘腹板板厚比组合效应的等效正则化腹板高厚比,进而获得钢拱稳定系数与等效正则化腹板高厚比以及钢拱正则化长细比之间关系的计算公式。其次,研究压弯组合作用下钢拱腹板高厚比变化对钢拱整体稳定承载力的影响,揭示钢拱压弯组合作用下的破坏机理及稳定承载力。最后通过对大量钢拱算例进行不同压弯组合工况下的极限承载力分析,提出了钢拱在一般荷载或组合荷载作用下承载力设计的计算公式。     

Buckling of monosymmetric arches under point loads

A finite element procedure is described for analysing the flexural-torsional buckling of arches of monosymmetric cross-section. First an inplane analysis is performed to obtain the distributions of axial force and bending moment in the arch. These are then substituted into the buckling equation for monosymmetric arches, and the resulting eigenvalue problem is solved numerically. Higher order quintic shape functions are used to describe the element displacement fields. The effects of the distances from the arch shear centre axis of point and uniformly distributed loads are also included in the analysis.

Flexural-torsional buckling tests on circular aluminium arches of monosymmetric I-section are also described. The test results for arches subjected to central concentrated point loads are compared with the finite element theory.     

基于突变理论的扁拱跳跃屈曲分析

分析了扁拱在静载荷或动载荷作用下发生跳跃屈曲的原因。采用尖点突变理论建立悬链线形拱的跳跃屈曲模型，推导临界荷载公式，并采用Matlab工具计算及Ansys验算模型理论正确性，最后对上述两种方法所得值进行比较。     

GDQR求解变截面圆拱的屈曲问题

给出了两端不可压缩变截面拱的屈曲方程,用广义微分求积法则(GDQR)分析了不变截面拱的屈曲问题后,又将该方法引伸到另外三种变截面圆拱的屈曲问题,求出了在三类边界条件下第一类和第二类稳定性的屈曲荷载．求解过程中,使用了Lagrange和Chebyshev两种权系数矩阵,并作比较．结果表明,用GDQR求解不变截面或变截面屈曲问题时,方法简单,易于理解且精度高．使用这两种权系数,求解Chebyshev权系数时要用到符号编程,比较耗时,但是该方法相对Lagrange法收敛性要好．     

工字钢梁腹板的弹塑性屈曲强度研究及其高厚比计算

对工字钢梁腹板在纯弯作用下的弹塑性屈承载能力进行了理论计算和试验研究,并进行了对比分析,提出了腹板高厚比的合理取值,同时,着重研究了纵向加劲肋刚度对腹板屈曲系数的影响．对现行《钢结构设计规范》（GBJ17-88）的有关条款进行了讨论．     

拱的横向稳定性研究

给出了箱型截面拱的横向稳定性研究结果,所加荷载为均布荷载和集中移动荷载两部分,研究表明,集中荷载移动至拱顶处时,较其他位置具有较小的临界值,而其对应的失稳模态则差别并不显著。