腹板开洞的工形截面拱的平面内特征值屈曲性能

用有限元模型分析了受径向均布荷载的腹板开洞的工形截面圆弧拱的平面内特征值屈曲性能。选用板壳单元构建了有限元模型,得出了较准确的特征值屈曲荷载和屈曲模态,获得了三种典型的特征值屈曲模态;通过选用一种代表开洞拱效率的特征值屈曲荷载参数,研究了腹板孔洞的半径和间距的优化尺寸。通过一系列拱的数值分析,给出了拱的矢跨比、长细比、孔洞的半径和间距对特征值屈曲荷载的影响,并把这些参数的影响归结为两个参数k和α,给出了这种腹板开洞拱的特征值屈曲荷载的简化计算公式。

侧向支撑对腹板开洞钢拱平面外弹性屈曲的影响分析

腹板开洞钢拱通过设置侧向支撑可以阻止钢拱发生平面外弯扭屈曲,支撑刚度的大小会对钢拱屈曲临界荷载产生影响。采用有限元方法分析了不同荷载、拱脚条件、支撑类型和位置对钢拱平面外屈曲稳定的影响。研究表明:在刚性支撑情况下,钢拱屈曲临界荷载随支撑刚度增大而增大,铰支钢拱屈曲半波随支撑数量的增加而增加,当支撑数量为n时,会出现n+1个屈曲半波。两种支撑类型共同工作时,在侧向刚度支撑足够的情况下,扭转支撑对钢拱平面外屈曲临界荷载的影响有限。当侧向支撑刚度达到临界支撑刚度时,其屈曲临界荷载不再随支撑刚度的增大而增大。

腹板开洞钢拱的平面内稳定极限承载力设计理论及方法

腹板开洞钢拱组合了拱和开洞构件的特性,目前在轻轨列车站篷及航站楼等的钢结构中有广泛应用。本文首先用有限壳单元分析了以工形截面腹板开洞圆弧钢拱为代表的拱的平面内弹性屈曲性能,考察了腹板孔洞的几何参数和拱本身的几何参数对屈曲荷载的影响;按照整体屈曲荷载的等效原则,把腹板开洞拱等效为由两个T形截面和缀板组成的格构式构件,并给出了格构式构件的等效截面尺寸。然后研究了各参数下的腹板开洞钢拱的弹塑性屈曲性能,定量考察了孔洞对稳定极限承载力的削弱作用,提出了腹板开洞钢拱特有的单边塑性铰的破坏机理。利用已经建立的拱的稳定系数与拱的正则化长细比的关系,根据等效构件的换算长细比,提出了受静水压力及其它荷载分布形式的腹板开洞拱的平面内稳定极限承载力设计方法。

腹板开洞工字形截面拱的平面外弹性屈曲性能分析

用ANSYS有限元软件模拟分析了腹板开洞工字形截面圆弧拱在径向均布荷载作用下的平面外弹性屈曲性能。计算了在不同孔洞半径、孔洞间距、矢跨比、高厚比等参数下的屈曲荷载。得出腹板开洞工字形截面拱的平面外屈曲荷载随着孔洞半径的增大而减小,随着孔洞间距的增大而增大,通过研究孔洞的优化截面和弹性屈曲荷载,从中发现可以通过一种修正的弹性屈曲荷载建立优化准则来评价开洞拱的结构效率,孔洞半径在腹板高度的25%到35%之间时,结构的效率最高。