四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究

通过大挠度弹塑性有限元分析研究桁架拱在集中荷载、水平均布荷载、轴线均布荷载等不同荷载形式下的失稳与破坏机理,考察截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角、腹杆尺寸等几何参数对桁架拱稳定承载力的影响,结果表明在不同参数条件下,桁架拱可能发生弦杆局部失稳、腹杆局部失稳、整体失稳以及局部与整体相关失稳等破坏形式;与拱的整体失稳和弦杆局部失稳相比,腹杆失稳会导致承载力的大幅下降,设计中应保证腹杆不先发生破坏。在理论分析的基础上,设计4榀矩形及梯形截面空间桁架拱模型进行了平面内稳定性能试验研究,分析表明两种截面形式的桁架拱在平面内具有基本相同的刚度和承载能力,其承载力设计可以采用相同公式。最后,基于静水压力作用下桁架拱的面内稳定设计曲线,通过大量的算例分析,提出轴力和弯矩共同作用下四边形截面圆弧形空间钢管桁架拱的整体面内稳定承载力设计方法。     

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。     

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。     

天津商业大学新建体育馆屋盖环桁架拱支单层网壳结构分析与设计

天津商业大学新建体育馆屋盖采用环桁架拱支单层网壳结构体系。结合体育馆屋盖建筑造型,进行了环桁架、拱桁架及单层网壳等的结构布置;依据相关规范考虑各种荷载效应及荷载组合,进行了环桁架拱支单层网壳静、动力性能的分析和设计;对环桁架拱支单层网壳进行了非线性稳定性分析,通过跟踪缺陷结构非线性平衡路径,确定了结构的稳定承载力;最后详细分析了支座水平刚度对环桁架拱支单层网壳结构性能的影响,并建立结构整体模型,分析了下部结构对屋盖钢结构受力性能的影响。分析结果表明,环桁架拱支单层网壳具有很好的承载能力和变形性能,能安全、可靠地完成使用功能。     

德令哈市体育场钢结构整体稳定性分析

利用通用有限元软件对青海省海西州德令哈市体育场罩棚进行整体稳定性分析,罩棚采用桁架拱结构形式,整体稳定性分析时考虑了初始缺陷、荷载作用范围及拱脚约束形式的影响.先对结构进行特征值分析,然后利用非线性有限元分析方法得出结构受载全过程荷载-位移曲线,以此为基础分析桁架拱结构整体稳定性能的基本规律.结果表明:结构整体稳定性随初始缺陷增大而降低;结构在全跨荷载作用下的稳定性比半跨荷载略高,结构在半跨荷载作用下整体稳定性对初始缺陷更为敏感;结构的整体稳定性随支座刚度的增大而增大.     

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。     

武汉某体育馆大跨度圆钢管拱桁架结构稳定性分析

武汉某体育馆屋盖采用圆钢管拱桁架结构,单榀拱桁架的截面形式为倒三角形,两端支承于立体钢桁架上,该结构的整体稳定性足设计的重点.考虑完善及带缺陷结构两种情况,对单榀及多榀拱桁架子结构进行线性屈曲、几何非线性稳定及弹塑性非线性稳定分析,得到了临界荷载与位移的关系曲线.分析结果表明,初始缺陷及几何非线性对该结构的稳定承载力影响不明显,而材料非线性的影响显著,加强平面外支撑对于提高结构的整体稳定性具有重要作用.     

张弦桁架设计若干问题讨论

对张弦桁架设计过程中的若干问题进行了讨论。增加张弦桁架的矢高或垂距可减小结构跨中的挠度及弯矩,但增加矢高会加大结构支座处的水平反力,加大风荷载作用下结构表面的风载体型系数,减小预拉力作用下结构跨中的反拱值及反向弯矩,建议在设计时首先考虑使用增加垂距的方法来改善张弦桁架的受力性能。在反对称荷载作用下,张弦桁架中的拉索及撑杆无法为桁架提供有效支承,对有可能遭遇反对称荷载作用的张弦桁架应重视结构在该工况下的分析设计。张弦桁架传力路径较为单一,杆件的屈服有可能致使结构实际的失稳情形与弹性稳定分析结果不符,对该类结构进行弹塑性稳定分析是有必要的。将张弦桁架中的拉索设计成并行双索的形式将有助于提高结构的抗连续倒塌能力。     

《四川建筑科学研究》04/2013张弦桁架结构静力稳定性分析

考虑结构构件稳定性设计的重要性,结合钢结构设计规范的相关要求,以某体育展馆张弦桁架结构为例,对张弦桁架结构进行特征值屈曲分析,研究了张弦桁架结构的失稳形式,考虑材料非线性进行非线性屈曲分析研究结构荷载---位移全过程工作性能。本文结合实际工程运用ANSYS有限元对张弦桁架结构进行稳定分析,得到以下结论：1、结构的前5阶屈曲模态均为平面内整体失稳。2、在杆件没有进入塑性之前,结构刚度较大,而随着杆件大面积进人塑性,材料软化造成刚度总体呈减弱趋势,直至最终发生失稳。结构的破坏荷载远大于设计荷载,有足够的强度储备。     

北京理工大学体育馆钢结构与混凝土支墩承载力分析

北京理工大学体育文化综合馆钢结构屋盖采用了主桁架拱悬吊屋面桁架的结构形式,主拱是由钢管桁架组成的截面形式为平行四边形的圆弧拱,屋架采用由钢管组成的倒三角形曲线桁架.首先利用有限元法,分析钢屋盖在不同荷载组合工况下的内力和变形;其次对在结构中起重要作用的主桁架拱,进行弹性屈曲分析及弹塑性极限承载力分析,以评价主桁架拱承载力的安全储备;最后针对主拱混凝土支墩在施工中出现的裂缝问题,进行较为精确的数值分析,并讨论在不同荷载条件下的应力和裂缝分布.