静水压力作用下圆拱正对称失稳临界力的求解

选择了拱轴失稳形状函数，按Ｒｉｔｚ法求得铰支和固支圆拱受径向均布荷载作用时具有高精度的正对称失稳临界力的第３次近似值．列出中心角２θ０＝０．２～π时的临界力近似值表格．文中在圆拱临界力的计算中，可同时导得圆环按不同波数失稳时临界力精确值．     

波形扰动静水压力对两侧铰支圆拱平面内稳定性的影响

本文针对余弦波形扰动静水压力作用下两侧铰支圆拱平面内稳定性问题，采用傅立叶级数逼近圆拱屈曲微分方程的解，分别求得了两侧不动铰支圆拱反对称屈曲时、一侧不动铰支另一侧法向滑动铰支圆拱对称屈曲时的临界荷载系数，并给出了其高精度拟合公式，结果表明波形扰动荷载参数会引起临界荷载系数的显著降低，最大降幅可分别达到-33．99％和-49．70％。     

钢管混凝土拱的耐久性能和稳定性

介绍钢管混凝土圆拱的耐久性能分析和稳定性评估。对受中心荷载作用的铰支拱和固支拱进行线性和非线性分析。分析评估混凝土芯的徐变和收缩、面内变形、内力和面内屈曲荷载的重要影响,并通过有限元结果进行验证。比较线性和非线性分析的结果,两者在变形和荷载能力方面的变化范围明显不同。为了结构安全起见,采用更为可靠的非线性分析来进行钢管混凝土拱的长期性能分析和稳定性评估。因此,尽管线性屈曲分析能够预测铰支钢管混凝土深拱的面内屈曲荷载,在设计时也应使用非线性屈曲分析来评估铰支和固支钢管混凝土扁拱的长期正常使用极限状态。     

拱脚水平弹性支承拱的屈曲分析

研究拱脚水平方向弹性支承拱的屈曲,提供弹性支承拱在3种荷载下的线性分析结果,分析拱的对称屈曲和反对称屈曲,得到对称屈曲和反对称屈曲的分界。最后提出临界轴力的计算公式及设计建议。     

圆拱结构面内屈曲经典理论与非线性理论对比

对圆拱结构面内经典屈曲理论与浅拱非线性屈曲理论进行了对比分析,基于结构力学理论及数学理论推导,通过MATLAB软件数值计算分析,认为对于双铰圆拱结构,当其半中心角(°)较小时(α27+160.T/R)时,经典屈曲理论则明显高估其面内屈曲的临界荷载,此时采用浅拱非线性屈曲理论则更安全可靠;同样对于当固端圆拱结构,当其半中心角(°)较小时(α32.5+365.T/R)时,经典屈曲理论则同样会高估其面内屈曲的临界荷载,此时建议采用浅拱非线性屈曲理论。另外分析了尺寸效应对圆拱结构屈曲临界荷载的敏感性影响,认为双铰圆拱结构当跨距大于50m时,尺寸效应对其临界屈曲荷载的影响一般小于4.5%;而固端圆拱结构在跨距大于30m情况下,尺寸效应对其临界屈曲荷载的影响小于3.5%。     

U型截面钢拱平面外稳定性研究北大核心CSCD

当作用在拱平面内的荷载达到临界值时,拱可能出现平面外的侧倾失稳.现有研究大多采用径向荷载模式来研究U型截面拱的面外失稳.本文通过对径向荷载与竖向荷载模式有限元结果的比较,发现径向荷载模式偏于保守,在大矢跨比情况下误差较大.针对钢拱容易平面外失稳的问题,提出了加设缀板形成间断闭合截面来提高拱的稳定性.相比于加设隔板的方法,加设缀板对拱的屈曲荷载提高更为明显,而且加设缀板的方法用料少、施工更加简单.最后,提出箱型截面平面外屈曲荷载的计算公式,并由此给出加设缀板U型截面拱的平面外屈曲荷载的估算公式,供工程设计人员参考.     

非均布对称荷载下抛物形拱结构屈曲研究

针对抛物形拱结构面内稳定课题的复杂性,对竖向非均布对称荷载作用下无铰抛物形浅拱进行了平面内稳定分析,利用虚功原理对浅拱进行非线性屈曲研究,得到对称荷载下的二次多项式分布时的屈曲控制方程,当荷载系数满足该控制方程时抛物拱发生临界屈曲,为抛物形拱坝的屈曲研究提供了基础;基于荷载强度整体等效折减法给出了非均布对称荷载作用下的屈曲安全系数计算,为相关工程如大跨度抛物线拱桥结构、大跨度抛物线钢结构体育馆顶棚、大跨度厂房屋顶等结构稳定计算提供理论参考。     

钢管桁架拱的稳定性能及应用

首先介绍桁架拱的组成特点、力学特性及工程应用,探讨拱的弹性和非弹性失稳特点及分类.结合桁架拱弹性屈曲模型、荷载作用类型及初始挠度沿轴线的分布形式,指出了桁架拱几种可能的破坏和失稳形式.在钢管桁架拱形结构失稳模态分析的基础上,利用非线性有限元分析方法,对立体管桁架拱进行了面内整体稳定承载力分析,从结构的荷载-位移全过程曲线考察了桁架拱稳定性能的基本规律,从中找到控制桁架拱设计的主要失稳形式.最后,结合南通体育会展中心拱支网壳结构的整体稳定性能进行研究,指出现阶段对桁架拱稳定性分析的基本方法和步骤.     

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。     

水平弹性支撑抛物线拱在均布荷载与热载荷作用下的屈曲特性

分析了水平弹性支撑抛物线拱在均布荷载与热负荷共同作用下的屈曲特性,通过变分原理推导了弹性支撑抛物线拱的非线性平衡方程,得到了外荷载与径向位移和轴力的关系,用数值法分析了弹性支撑抛物线拱在均布荷载与热负荷共同作用下屈曲特性。     

单层组合加肋拱支网壳的稳定性

介绍了某相贯单层组合加肋拱支网壳结构在竖向荷载及风荷载作用下的整体稳定性。采用有限元软件MIDAS,在两种荷载工况下分别进行了此网壳结构的特征值屈曲、几何非线性屈曲分析,初始缺陷对网壳结构的整体稳定性影响分析。结果表明:网壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷会明显降低结构稳定性;不同的荷载工况下,失稳的情况亦不同且网壳结构稳定临界系数随着荷载的增大而降低。     

非均匀受压矩形钢管混凝土局部弹性屈曲分析

应用不同的特征函数描述了矩形板在非均匀压力作用下的屈曲形态,解决了采用三角级数为屈曲函数模拟非均匀受压荷载作用下单侧表面约束矩形板件屈曲模态的不对称问题;通过伽辽金法建立屈曲控制方程组,分析了非均匀荷载作用对矩形钢管混凝土构件局部弹性屈曲性能的影响。结果表明:钢管屈曲系数随着不均匀荷载梯度α增加而增大,纯弯作用下（α=2）的板件弹性屈曲荷载特征值约为轴压作用下的6倍;钢板的宽厚比限值随不均匀加载梯度α的增大而增加;非均匀荷载作用下非加载边固支约束板件的屈曲系数明显大于简支约束的板件。     

混凝土圆拱结构强度安全与整体稳定关系研究

针对圆拱结构强度安全与整体稳定关系进行了深入研究,基于结构力学的弹性中心法,得到无铰圆拱结构在法向均布荷载下拱冠处和拱端处的应力计算式,并依据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)给出强度安全系数;同时根据圆拱结构的经典屈曲理论和浅拱非线性屈曲理论,给出了圆拱结构最小临界屈曲荷载计算公式,由于结构整体屈曲失稳的突变性,参考国内外相关研究认为圆拱结构的屈曲稳定系数需满足Kcr≥1.5~3.0。根据圆拱结构强度安全与整体稳定的相对安全系数关系,结合MATLAB计算软件,分别对Kcr=1.5、3.0下,不同混凝土级别(C35、C50和C65)下圆拱结构强度安全与整体稳定临界情况下的圆拱结构半中心角α和厚径比T/R的查算关系曲线族,认为混凝土级别越高,越需要重视圆拱结构整体稳定的影响,为工程设计人员应用提供参考。     

U形截面圆弧拱平面外稳定性研究

用BEAM 188梁单元和SHELL 181壳单元建立了两种可考虑荷载作用位置的有限元模型,相互验证了模型的正确性.通过对两种荷载模式下U形截面无铰和两铰圆弧拱计算结果的比较,研究了支座类型、荷载模式和矢跨比对钢拱平面外屈曲的影响.对于理想的支座约束,发现径向均布荷载作用下两铰拱平面外屈曲荷载与无铰拱相同,竖向均布荷载作用下两铰拱平面外屈曲荷载在较大矢跨比时明显高于无铰拱;由于两铰与无铰拱的支座构造不同,满足什么条件平面外约束可按无铰对待有待研究.通过对加缀板与加隔板U形截面两铰圆弧拱平面外屈曲荷载的比较,发现加缀板形成间断闭合截面对屈曲荷载提高更显著,且用料少、施工简单.     

用弹性力学理论分析合理拱轴线

本文从弹性力学的角度用极坐标应力函数法求解出了无铰圆拱在径向均布荷载作用下不考虑荷载引起的轴向变形情况的应力及内力弹性解,从而证明了结构力学中拱在径向均布荷载作用下,合理轴线为圆弧、轴力为常数的结论是正确的,并讨论了超静定圆拱在径向均布荷载下考虑轴向变形的弹性计算方法。     

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。     

大型钢板库屈曲分析

通过建立三维有限元模型,分别考虑对称荷载作用和非对称荷载作用两种工况对3万t圆筒式的钢板库进行了有限元屈曲分析,由分析结果得到筒仓最易发生失稳的部位.     

实腹圆弧钢拱的平面内稳定极限承载力设计理论及方法

拱的平面内稳定极限承载力设计一直没有成熟的规范指导。本文用有限壳单元模型先分析了工形截面两铰圆弧钢拱的平面内弹性屈曲性能,与拱的经典屈曲理论作了对比,指出了必须同时考虑长细比和矢跨比对屈曲荷载的影响。然后分析了两铰圆弧钢拱受静水压力和其它荷载作用下的弹塑性屈曲性能,指出了典型破坏机理为拱两侧1/4跨附近形成塑性铰导致结构失效。利用拱的弹性屈曲荷载定义了拱的正则化长细比,用Perry-Robertson公式的形式,建立了拱的稳定系数与正则化长细比的关系,提出了受静水压力的两铰圆弧钢拱的平面内稳定极限承载力设计方法,并用轴力和弯矩的两项相关公式提出了受其它荷载作用下的平面内稳定极限承载力设计方法。     

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。