半跨荷载作用下拱结构的屈曲破坏

利用虚功原理,通过对半跨荷载作用的圆弧拱结构力学模型的建立,取得破坏位置的简化计算方法,通过编程计算,求得其破坏位置大小,并与全跨荷载作用时的屈曲破坏位置作以比较和分析,其计算方法是精确和实用的。从而为其他形式拱结构屈曲破坏位置的分析提供了可靠的方法。     

某大型体育场桁架拱罩棚整体稳定性分析

以青海省州德令哈市体育场桁架钢拱罩棚结构为研究对象,利用通用有限元软件对桁架拱结构进行了整体稳定性分析,同时考虑了初始缺陷、荷载作用范围及拱脚约束形式等因素对桁架拱结构整体稳定性能的影响.在对结构进行特征值分析的基础上,利用非线性有限元分析方法,通过结构的荷载-位移全过程曲线分析结构稳定性能的基本规律.结果表明:初始缺陷的选取对结构稳定性有较大影响;结构在半跨荷载作用下的稳定性比满跨时略低,在半跨荷载作用下对初始缺陷更为敏感;支座刚度的增大可适当提高拱结构的整体稳定性.     

大内跨小边跨框架结构预应力筋优化布置方法

预应力筋的优化布置是大内跨小边跨的多跨预应力混凝土框架结构合理设计计算的关键.为满足控制截面承载力最大的需要,以往常将大跨所需预应力筋布置为连续曲线,并按水平直线延伸通过其相邻的两小跨,按这种布置方式仅使大跨内产生竖向向上的预应力等效荷载,可较好平衡大跨的竖向外荷载;而若将大跨及相邻的两小跨统一考虑,预应力筋按连续曲线布置,张拉产生的预应力等效荷载不但可有效平衡大跨的竖向外荷载而且也可平衡小跨的竖向外荷载,可以使荷载平衡得到优化实现.以一典型工程为例,分析了在相同条件下两种预应力筋布置过程中张拉引起的综合弯矩、主弯矩和次弯矩的分布和量值上差异,比较了两类布筋形式对正截面承载力计算结果的影响,验证了对大内跨小边跨框架结构统一考虑后整体上按三段连续正反抛物线预应力筋布置的合理性.     

拱型波纹屋盖在风与雪作用下的有限元分析

以W666型拱型波纹屋盖为研究对象，对30m跨波纹拱在不同矢跨比，支座边界为固支的条件下进行风荷载、雪荷载作用几何非线性有限元分析？结果表明，波纹拱在风荷载作用下结构的变形是非对称的；在风荷载值相同的情况下，由于半跨雪荷载加在风压一侧，加重了波纹拱迎风面的风荷载，结构变形比全跨雪荷载作用时大，结构承载力相对降低。这些结论为波纹拱的设计、研究和应用提供了一定的参考依据。     

矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响

加劲球壳的承载力取决于整体稳定性。由于加劲球壳属于各向异性壳,影响其屈曲性能的因素较多,至今没有统一的方法获取其整体失稳时的临界荷载。矢跨比是球壳结构屈曲性能分析中的关键因素之一,文中针对矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响进行分析。先利用ABAQUS软件对球面薄壳进行屈曲分析,验证有限元分析的可靠性;再建立跨度恒定矢高变化的加劲球壳的有限元缩尺模型,分析弹性屈曲临界荷载与矢跨比之间的关系。研究结果表明,当环向与经向加劲肋间距比值在2.55-3.65范围内,屈曲临界荷载与矢跨比呈正相关关系。有效地增大矢跨比有利于提高其整体稳定性。     

拱形管桁架平面外稳定有限元分析

为了研究倒三角形拱形管桁架在不同荷载形式、边界条件和尺寸参数下的平面外稳定承载力,采用有限元方法,对倒三角形拱形管桁架进行特征值屈曲分析和非线性分析。结果表明:全跨均布荷载的平面外承载力大于半跨均布荷载的平面外承载力;铰接拱脚的平面外承载力小于销轴拱脚以及固支拱脚;矢跨比越小,平面外稳定承载力越大;宽高比越大,平面外稳定承载力越大。采用全跨均布荷载、固支或销支拱脚、小矢跨比和大宽高比,能最大程度发挥结构的平面外稳定性。     

无铰抛物线拱非线性稳定分析

基于有限元程序ANSYS 10.0,在考虑几何非线性和材料非线性的情况下,对无铰抛物线拱进行了弹塑性全过程的屈曲分析.将拱结构初始缺陷和矢跨比作为主要影响因素,分析其对无铰抛物线拱失稳极限承载力的影响.计算结果表明：无铰抛物线拱初始缺陷越大,失稳极限承载力越小;随着矢跨比的增大,无铰抛物线拱失稳极限承载力先增大后减小,存在一个理论上的最优矢跨比.     

桩拱组合式挡土墙及其简化设计方法研究

桩板式挡土墙是山区道路工程建设中经常采用的一种支挡结构,由于抵抗水平荷载的需要,传统桩板式挡土墙结构桩和板的尺寸通常做得较大,桩体的布置较密,不经济。基于此,提出一种新的适用于山区道路的桩拱组合式挡土墙,利用拱结构受压性能较好的特点,采用拱板代替传统的平板,拱板与桩基础的上部连接,整体结构可以通过装配式或者现浇制作而成。基于土压力和桩基水平承载力理论,分别建立拱板主动土压力计算模型和抗滑桩计算模型,利用拱板荷载传递给桩基的基本原理,建立桩拱挡土墙整体结构的力学平衡方程,通过求解平衡方程获得桩拱挡土墙整体结构的极限承载力。通过参数分析,分别讨论了不同的桩体几何尺寸、拱板几何尺寸以及土体参数对桩拱组合式挡土墙极限承载力的影响,结果表明,增加矩形截面的长宽比、桩体嵌入深度、土体摩擦角等可以有效提高桩拱组合式挡土墙的极限荷载。     

集中荷载下水平弹性约束圆弧拱的屈曲分析

支承于其他结构上的拱结构的拱脚常受到弹性约束而出现水平位移,进而影响拱的力学性能.本文得到了水平弹性约束圆弧拱承受面内跨中竖向集中荷载作用的内力及位移的解析解.通过构造无量纲化柔度系数这个参数提出了计算拱跨中轴力和拱脚支座位移的理论公式和近似表达式.根据跨中轴力大小在线性计算范围内得到了拱与拱形梁的划分标准.使用有限元程序分析了拱的分支屈曲模态、临界荷载及跨中临界轴力与支座刚度的关系,得到了拱由反对称屈曲转变为对称屈曲时柔度系数的界限值,提出了临界荷载和临界轴力的计算表达式.     

工字型钢梁-砖拱组合楼板的有限元分析——长春市沙俄领事馆的楼板分析

钢梁和砖拱组合楼板是一种独特的钢-组合结构,其组合形式的研究在国内外很少见.通过对其现场检测试验发现：这种结构虽然经过上百年的历史,承载力依然能够满足要求,利用有限元分析软件对钢梁-砖拱组合楼板的受力进行分析,并对钢梁-混凝土拱结构进行比较研究,最终通过ANSYS软件加载试验发现,钢梁-砖拱组合楼板与钢梁-混凝土拱组合...     

基于纤维模型的钢管混凝土拱非线性失稳分析

对一个模型拱进行了非线性分析，研究了钢管混凝土拱的力学性能.计算分析时选择了合理的材料本构关系，采用基于柔度法的非线性梁柱单元,推导了纤维模型的计算公式.研究结果表明：横向荷载对横向位移的影响比竖向位移显著,横向荷载对竖向位移的影响表现在加载后期，而对横向位移的影响贯穿加载全过程.横向荷载能显著降低拱的承载能力，横向荷载为竖向荷载的50%时，拱的承载能力折减约50%.跨中横向荷载比1/4跨横向荷载对拱的承载能力的折减程度大.研究认为：拱桥的设计必须充分考虑横向荷载对结构受力性能影响.     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。     

Kiewitt型索穹顶结构模型试验研究

为研究Kiewitt型多整体自应力模态新型体系,在理论分析的基础上,设计加工了直径为5.0 m的Kiewitt型索穹顶结构模型,提出了支承平台、可调索杆、连接节点等的加工制作新方案,考察了当张拉各构件到设计长度时体系的初始预应力分布,以及模型在满跨、半跨和1/8跨等多种荷载工况下的静力响应.结果表明,当所有构件都张拉到设计长度时,Kiewitt型索穹顶结构的初始预应力分布达到理论计算值,在多种荷载工况下的静力响应和理论分析结果基本吻合,验证了理论分析的正确性和模型设计的有效性.     

槽型波纹板组结构的局部屈曲承载能力研究

槽型波纹板组构件是组成拱型波纹钢屋盖结构的基本单元，截面中由冷成型引起的不规则波纹状褶皱和残余应力，使其工作机理复杂，难以进行精确的理论分析．另外，截面板件的宽厚比已大大超过我国冷弯薄壁型钢结构技术规范规定的上限，其局部屈曲承载能力成为影响结构极限承载能力的主要因素之一．本文根据槽型波纹板组截面的特殊工作状态和边界约束条件，采用有限元方法对其局部相关屈曲特性进行了理论分析，并与足尺模型试验结果进行了比较分析，表明拱型波纹钢屋盖结构的极限承载能力取决于其在半跨均布荷载作用下槽型波纹截面板组的局部屈曲承载能力．     

水平阶跃荷载作用下单层球面网壳结构的动力稳定性

以具有实际工程意义的40m跨度K8型单层球面网壳为研究对象，在分析单层网壳结构在水平阶跃荷载作用下动力失稳过程的基础上，探讨了网壳结构的动力稳定性临界荷载的判定方法，研究了矢跨比、弹塑性、阻尼和初始几何缺陷等因素对网壳结构动力稳定性临界荷载的影响，并进一步分析了水平阶跃荷载与水平静荷载及水平地震荷载作用下的稳定性临界荷载之间的关系。     

雪灾下轻钢结构大面积破坏的概率成因

现行可靠度设计统一标准在分析轻钢结构构件可靠度时,对荷载效应比值的取值范围考虑不够充分.针对此不足,提出了1种基于应力的荷载效应比值计算方法,解决了在构件失效是由多种形式内力引发的情形下选择何种荷载效应来计算荷载效应比值的问题.以多个轻钢结构构件为例,采用该方法分析了轻钢结构中荷载效应比值的取值范围.揭示了雪荷载不利布置下,轻钢结构的荷载效应比值将会非常高的现象.接着对按现行分项系数设计的轻钢结构进行了可靠度校核,表明轻钢结构的可靠性处于较低的水平.最后分析了雪荷载超过设计标准时轻钢结构可靠度随不同荷载效应比值的变化规律.结果表明当雪荷载超载较大时,荷载效应比值越大的结构可靠性越低.这从可靠性的角度为近年雪灾中轻钢结构大面积破坏的现象提供了补充解释.     

钢-混凝土连续组合梁腹板局部屈曲分析

对连续组合梁负弯矩区钢腹板的稳定性进行了研究,分析了负弯矩区钢梁腹板在弯曲、轴向压力和剪切作用下的力学性能,提出了组合梁腹板在各种荷载作用下的局部稳定性简化计算模型,建立了非均匀受压、纯剪和弯剪复合受力状态下的临界屈曲应力计算公式;分别计算了钢梁腹板在非均匀受压和纯剪状态下的弹性屈曲系数,并根据偏心受压与剪切作用下的相关方程计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲系数;基于屈曲分析结果,提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。结果表明：采用该方法确定的钢梁腹板高厚比更具合理性,且计算过程简单,结果偏于安全。     

有效弹性模量法在大跨斜拉桥稳定计算中应用

为了确立大跨度斜拉桥结构的稳定设计法,提出了按有效弹性模量法计算弹塑性分支失稳方法.通过对跨度1 400 m的斜拉桥模型计算分析,验证了有效弹性模量法在大跨度斜拉桥稳定验算中的适用性及其计算精度.在此基础上进一步讨论了活载布置位置对结构弹塑性稳定强度和失稳特性的影响.结果表明,应用有效弹性模量法能够精确地推算出结构的弹塑性失稳强度;大跨度斜拉桥的轴力由恒载起支配作用,活载分布位置的改变对稳定强度影响十分有限,考虑与不考虑活载分布影响的计算结果相差不到10%,按满布活载的工况可以推算大跨度斜拉桥结构的最小稳定强度.     

Elastic stability of shallow pin-ended parabolic arches subjected to step loads

Buckling could be induced when shallow arches were subjected to vertical step loads. In-plane static and dynamic buckling of shallow pin-ended parabolic arches with a horizontal cable was investigated. Based on the equations of motion derived from Hamilton’s principle, nonlinear equilibrium equations and static buckling equilibrium equations were deduced. Through the pseudo-static analysis, approximate solutions to the lower and upper dynamic buckling loads under step loads were obtained, for shallow parabolic arches. The results show that dynamic buckling and snap-through buckling are impossible when modified slenderness ratio λ<λ _c and λ>λ _s, where λ _c and λ _s denote critical slenderness ratios of bucking and snap-through buckling, respectively; effects of the stiffness of the horizontal cable on the dynamic buckling are significant; and the dynamic buckling loads under a equivalent central concentrated step load are lower than the loads under a distributed load appreciably.