拱墙结构平面外失稳机理与设计研究

拱墙是一种由拱、立柱、横梁组合而成的竖向平面结构，横梁上的竖向平面内荷载通过立柱传递到大跨度拱体中。为研究拱墙结构的失稳机理，采用有限元分析方法，对拱墙模型在弹性和弹塑性条件下的稳定性能进行了研究。分析结果表明：立柱侧向刚度及横梁侧向支撑刚度是影响拱墙稳定性能的主要因素，当横梁侧向支撑刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面外失稳；当横梁侧向支撑刚度大于其门槛刚度而立柱的侧向刚度小于其门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱体的平面外失稳；当横梁侧向支撑和立柱的侧向刚度均大于各自的门槛刚度时，拱墙的屈曲模式表现为拱墙整体平面内失稳。结合某火车站站房工程，建立了横梁位置施加侧向弹簧支撑和带纵向桁架的两种拱墙模型，分析了该拱墙结构的平面外稳定承载力。结果表明，纵向桁架为拱墙横梁提供的平面外支撑刚度远大于拱墙的侧向支撑门槛刚度，提高拱墙的平面外稳定承载力需通过增大立柱的侧向刚度和加强立柱两端的可靠连接实现。     

高支撑体系抗侧刚度对结构稳定性的影响分析

高支撑体系主要应用在大跨度、大空间结构中,由于其抗侧刚度不足,易发生整体失稳.为了解决高支撑体系失稳问题,应用钢结构稳定理论,对其整体稳定进行研究.首先研究高支撑体系抗侧刚度对其稳定性的影响,其次对不同抗侧刚度的高支撑体系进行有限元分析.结果表明,高支撑体系的抗侧刚度决定其整体稳定性.因此在工程中设计高支撑体系时,必须根据建筑结构的特点,选择合理的侧向支撑形式,提高其抗侧刚度.     

上承式钢筋混凝土拱桥拱架施工风险分析研究

根据山区地区大跨度钢筋混凝土拱桥采用拱架施工的特点,结合贵州地区已建或在建的采用悬拼拱架施工的十余座上承式钢筋混凝土拱桥,统计分析了施工期间不同工况下可能发生的风险事件。依据各类拱架的施工特点及结构性能,推断出拱架失稳的概率,针对施工期间拱架失稳可能造成的损失,从经济损失、人员伤亡、工期延误、环境影响等几个方面进行了考虑,然后根据风险发生的概率及其对应的损失确定风险级别,并做出了相应的决策。最后,应用所建立的分析方法选取一座主跨152米的上承式钢筋混凝土拱桥,对其拱架施工期间的风险进行了分析和评价。     

Out-of-plane elastic buckling of I-section steel arches braced laterally and design of bracing stiffness

采用有限元特征值屈曲数值方法,对平面外支撑工形截面圆弧拱弹性屈曲荷载及其刚度取值进行研究。在考虑各种荷载条件与拱脚条件下,研究了支撑刚度,约束类型、数量以及作用位置对钢拱平面外屈曲性能的影响,对于设置等间距侧向支撑的情况,给出了侧向支撑弹性门槛刚度的拟合式,并提出了支撑点间拱段不发生平面外弹性失稳的条件。研究结果表明：平面外支撑越靠近拱顶,其防止平面外失稳的工作效率越高;设置侧向支撑的钢拱屈曲时,随着支撑刚度的增大其屈曲半波数逐渐增加,而仅在拱顶设置扭转约束时始终呈现1个半波失稳模式;从均匀受压圆弧拱的情况获得的等间距侧向支撑门槛刚度,应用在其他组合荷载作用下,同样可以获得足够的支承刚度;当工形截面钢拱的支撑点间拱段长度满足所提出的要求时,钢拱平面外失稳不先于平面内反对称整体失稳。     

有平面外支撑的工形截面圆弧钢拱弹性稳定性能及支撑刚度设计

采用有限元特征值屈曲数值方法，对平面外支撑工形截面圆弧拱弹性屈曲荷载及其刚度取值进行研究。在考虑各种荷载条件与拱脚条件下，研究了支撑刚度，约束类型、数量以及作用位置对钢拱平面外屈曲性能的影响，对于设置等间距侧向支撑的情况，给出了侧向支撑弹性门槛刚度的拟合式，并提出了支撑点间拱段不发生平面外弹性失稳的条件。研究结果表明：平面外支撑越靠近拱顶，其防止平面外失稳的工作效率越高；设置侧向支撑的钢拱屈曲时，随着支撑刚度的增大其屈曲半波数逐渐增加，而仅在拱顶设置扭转约束时始终呈现1个半波失稳模式；从均匀受压圆弧拱的情况获得的等间距侧向支撑门槛刚度，应用在其他组合荷载作用下，同样可以获得足够的支承刚度；当工形截面钢拱的支撑点间拱段长度满足所提出的要求时，钢拱平面外失稳不先于平面内反对称整体失稳。     

高空大跨度交叉拱梁施工技术

本文介绍了银川车站改造工程站房交叉拱梁结构的施工技术。通过选择理想的模架类型,合理地受力分析与计算,确定模架几何尺寸;施工时合理划分施工段,加强模架侧向刚度与交叉点上部架体立杆的稳定性,确保了拱梁的顺利施工。     

刚架式系杆拱桥施工过程结构稳定性分析

刚架式系杆拱桥在施工过程中要经历多次拼装和张拉。因此,施工过程中的结构稳定性常常控制设计。结合工程,对大跨度钢管混凝土系杆拱桥在施工过程中的稳定性进行有限元分析,探讨拱肋横撑等因素对侧向稳定模态和稳定因子的影响。对桥梁施工过程中的稳定性进行评价,并提出增强结构稳定性的措施。     

某拱架整体稳定性有限元分析

针对某桥的拱架拼装及主拱施工过程中的整体稳定性进行有限元分析,选择施工中5个工况进行拱架整体稳定性计算,分析了这些工况的失稳模态,指出了拱架失稳的原因,为确保拱桥施工的拱架稳定性要求提供了参考依据。     

关于V形截面梁的扭转失稳问题

V形截面梁虽然是一根绕弱轴受弯的构件,但仍可能出现绕强轴侧向弯曲扭转失稳的问题,而且,即使侧向抗弯刚度很大,如果扭转刚度不足,也有可能因扭转屈曲而使梁沿侧向断裂。本文讨论这种较为特殊的失稳现象,目的在于说明这类构件的破坏机理,对雁形板、V形折板的设计与施工,均有一定的参考价值。     

非对称侧向约束结构的受力特性分析

非完整地下室的结构受不对称的侧向约束,目前常用计算软件不能方便地计算分析这类结构。运用ETABS软件对这类结构的计算表明,相对不考虑侧向约束的结构而言,这类结构刚度增大,在有侧向约束的楼层结构内力减小,但又可能导致结构楼层刚度突变而形成薄弱层、结构局部内力增大、竖向构件塑性铰位置发生转移等不利影响。     

索-拱组合结构中斜拉索的非线性参数振动

索-拱组合结构是大跨度拱桥施工过程中非常重要的临时结构。对大跨度拱桥施工过程中普遍存在的索-拱组合结构建立了非线性力学模型,考虑由于索的初始垂度、大位移而引起的几何非线性因素的影响,推导索-拱组合结构的非线性运动方程,对索-拱组合结构的边界条件与连接条件进行了简化,拱在连接处的边界条件被简化为用索的抗拉刚度表示的径向弹性支撑,拱在连接处的运动作为对索的周期性激励,建立索的非线性参数振动方程,运用多尺度摄动方法,对拉索可能发生的参数共振和亚谐波共振进行了理论研究和数值分析,确定了索-拱组合结构中拉索参数共振和亚谐波共振的影响因素及发生条件。研究结果表明,在拱的低阶局部振动频率处于一定区域时,拱的小幅振动能够激发拉索的大幅度运动,影响大跨度拱桥施工过程中索-拱组合结构的稳定性和安全性,对于一个给定阻尼和频率比的系统,足够小的激励幅值能够有效避免系统发生参数共振。     

外倾式拱桥稳定性研究

以某外倾式拱桥为工程背景,建立该桥的空间有限元计算模型,分4个工况计算了该桥的稳定安全系数,通过改变拱肋外倾角度、拱肋刚度、端横梁刚度以及吊杆布置形式计算了不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载+活载工况的失稳特征值,结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用,吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度,对于面外刚度没有影响.     

大跨度双拱架多层工业建筑结构的施工

大跨度双拱架多层建筑结构体系不仅在设计上合理,而且在建筑施工上也比其它结构体系更适宜于工业化。因为在这种结构体系中,除了拱肋、系杆、承重架需在现场制作外,其余构件均可实现工厂化生产,一俟拱架施工完成即可在现场采用机械提升并安装其它构件,所以“双拱架”结构的建造程序,就是按照建筑装配化的施工方式进行的。一般情况下,大跨度双拱架建筑的主体结构施工主要有以下几大部分工作:现浇基础承重架,生产预制构件,拱架拼装浇侧,预应力张拉,吊装。此外,尚有构件间的接头处理,二次浇捣混凝土及楼(屋)面整浇层等。施工程序当基础工程结束后立即进行承重架施工与此同时预制构件拱架各部件和次梁、楼屋面板等,甚至可提前委托预制场加工,这样分线施工可以加快工程进度(见图1施工工艺流程图)。     

钢管混凝土系杆拱桥稳定性的影响因素

在目前的拱桥稳定理论指导下,建立了98m太子河钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元模型。以大量计算结果为依据研究其稳定影响因素,研究拱肋内倾角、系杆刚度系数、吊杆刚度系数以及矢跨比对该桥的稳定性的影响。结果表明:该结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳,弹性稳定满足要求。     

斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载解析解

以新型空间拱桥——斜靠式拱桥为研究对象,提出斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型,基于Ritz法,构造桥梁各主要构件的变形能、外力势能以及吊杆非保向力势,首次推导出斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的解析解,并通过与有限元计算结果比较,验证该解析解计算公式的正确性。进一步分析稳定拱肋、吊杆非保向力、以及主拱肋与稳定拱肋间横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的影响。研究结果表明:①增设稳定拱肋可使桥梁侧倾失稳临界荷载提高1.6～1.8倍左右,同时随着稳定拱肋倾角的增加,临界荷载呈增大趋势;②受吊杆非保向力以及桥面系的影响,桥梁侧倾失稳临界荷载可提高约3.5倍左右;③横撑的径向抗弯刚度对斜靠式拱桥侧向失稳临界荷载影响较大。     

蝴蝶拱桥稳定性分析

以西安市浐灞生态区一蝴蝶拱桥为工程背景,通过建立有限元计算模型,计算了该桥的稳定安全系数及不同设计参数下结构在恒载工况以及恒载＋活载工况的失稳特征值,结果表明,拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用;吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度。     

浅埋轻轨隧道支护体应力监测及失稳控制

结合重庆市轻轨较新线大坪车站大跨度地下空间DK7＋692断面施工支护体应力监测的工程实例,阐述了该大跨度地下空间支护结构的参数选择、地下空间的开挖方法、支护体结构的应力量测方法及测试手段;分析了支护体初期支护工字钢拱应力、锚杆轴力、喷射混凝土内应力、临时工字钢支撑应力、二次村砌钢筋应力等测试结果和变化规律;确定了工字钢拱应力急剧增大而可能引起支护体系失稳的原因。在此基础上,针对施工中出现的问题,及时调整了施工方案及支护措施,控制了支护体系的失稳,避免施工中险情的发生,实现了隧道的信息化施工和施工安全。     

隧道拱架壁后空洞对拱架承载力影响的数值模拟分析

在隧道施工过程中,由于爆破工艺、围岩岩性的影响,拱架与围岩间往往存在不均匀间隙。经采用FLAC数值模拟,分析了拱架不同部位的变形、受力特征。分析表明:拱架壁后空洞会导致拱架偏载,甚至会发生整体变形失稳,故施工过程中应重视对空洞的处理;在拱架均匀受力的情况下,拱架最大应力发生在拱脚位置,故应重视锁脚锚杆的打设。     

打黑渡怒江大桥拱架及拱肋施工过程计算

打黑渡怒江大桥拱架为钢结构,采用万能杆件拼装而成,形成空间桁架。由于拱架是整个拱桥拱肋施工的直接支撑结构,所以拱架本身的强度和稳定性就显得特别重要。针对拱桥施工中的这一关键技术问题,本文对该桥拱架整体及在整个拼装过程中各阶段的强度和稳定性进行了分析,同时也计算了相应的拱桥拱肋的强度及稳定性和拱架应设置的最终预拱度。根据计算结果,对整个施工过程提出了重要的有价值的改进意见。     

我国拱形钢结构设计理论研究现状与展望

结合我国JGJ/T 249-2011《拱形钢结构技术规程》的颁布,对拱形钢结构设计、计算及施工中的关键问题如受力性能、结构选型、稳定性能及加工制作等方面进行了阐述。研究表明：与梁柱等直构件相比,拱形钢结构的设计理论、特别是稳定设计方法更为复杂,其受力和工作机理受拱轴线形式、跨度、矢跨比、拱脚边界条件、截面形式、荷载形式及组合、面外支撑条件等诸多因素影响。拱形钢结构平面内失稳对荷载和变形的非对称初始缺陷较为敏感,对于钢管桁架拱必须考虑弦杆局部失稳对整体稳定承载力的削弱作用;平面外弯扭失稳时,变形及受力复杂,其稳定承载力受拱脚、荷载条件及支撑布置影响显著;初步建立平面内稳定设计方法并在规程中予以体现,包括实腹式截面拱（含腹板开孔钢拱）、钢管桁架拱以及钢管混凝土拱等结构形式;平面外稳定性及面外支撑设计是拱形钢结构设计理论的重要组成部分,在规程中还有待进一步补充和完善。