三圆心桁架拱平面内稳定分析

发布时间：2017-12-08 09:07

本文关键词：三圆心桁架拱平面内稳定分析

【摘要】：拱型立体桁架结构是近年来兴起的一类新型结构形式，已经广泛应用于会展中心、大型体育馆、机场航站楼、火车站及工业厂房等建筑中。立体桁架可做成任意曲线形式，如圆弧形、抛物线形、悬链线形等，截面形式可采用正三角形、倒三角形、梯形等，具体的截面形式可根据使用条件而定。三圆心桁架拱是大跨度拱型立体桁架结构的一种新形式，它由三段圆弧桁架拱组成，即两个边拱、一个中拱，边拱的一端垂直于地面，且边拱的圆心在中拱的半径上，此类形式的结构现在主要应用于大型体育馆中。钢结构失稳破坏是引起结构倒塌的重要原因之一，大跨度拱型立体桁架结构主要应用于重大公共建筑中，一旦结构发生整体或局部失稳破坏，将会严重威胁人民群众的生命及财产安全。随着三圆心桁架拱的应用越来越广泛，有必要对结构平面内稳定性进行研究。本文首先分析三圆心实腹拱的内力分布规律，并研究三圆心桁架拱的失稳形式及其屈曲临界荷载的变化规律；然后分析三圆心桁架拱二阶弹性稳定承载力与其截面等效惯性矩及跨度的关系，从而得到结构的二阶弹性整体稳定承载力公式，，并在公式中引入结构二阶弹性整体稳定系数K，然后分析结构的外形参数和截面参数对整体稳定系数K的影响，根据分析所得数据拟合出结构整体稳定系数K的表达式；此后对三圆心桁架拱进行弹塑性稳定分析，根据有限元程序ANSYS的计算结果，利用截面塑性铰的概念，分析结构整体失稳和局部失稳的破坏全过程，并总结出结构失稳破坏机理。通过研究发现：三圆心桁架拱的临界荷载变化规律与三圆心实腹拱的内力变化规律是相反的；截面宽高比b/h和节间上弦杆轴线与腹杆轴线夹角θ对结构整体稳定系数K的影响很小，可以忽略，腹杆与上弦杆截面面积比A4/A1对结构整体稳定系数K的影响是有限的，因此不能通过增大腹杆截面尺寸来提高极限承载力，高跨比i、矢跨比n、中拱开角α是影响结构整体稳定系数K的主要因素；三圆心桁架拱弹塑性失稳破坏开始于某些受力不利的截面依次形成截面塑性铰，增大这些受力不利截面处的弦杆尺寸，或增大这些截面的高度，就能降低弦杆的截面应力，延缓三圆心桁架拱形成截面塑性铰，也就能推迟结构进入失稳破坏阶段，从而提高结构的稳定承载力。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU393.3

【参考文献】

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