多心鋼拱架的穩(wěn)定性研究.pdf

1、多心鋼拱架是一種實(shí)現(xiàn)大跨度且頗具特色的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)合理、外形美觀、效果通透、材料利用效率高，在航站樓、輕軌列車站、體育館等大型公共建筑中都有采用。在設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性是主要的控制因素，但目前對這方面研究較少，工程應(yīng)用中缺乏可靠的指導(dǎo)，本文主要針對多心鋼拱架的平面外穩(wěn)定性進(jìn)行了分析的研究。
　　 多心鋼拱架設(shè)計(jì)中，通常采用兩節(jié)點(diǎn)梁單元來建模，而分析中殼單元更能準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)局部屈曲性能。針對這一現(xiàn)狀，本文以中國藥科大學(xué)體育館鋼拱架實(shí)際工

2、程為背景，典型化為單跨實(shí)腹鋼拱架，運(yùn)用有限元軟件ANSYS，對比了采用不同種單元的鋼拱架模型的穩(wěn)定性，找出了梁單元、殼單元以及帶剛臂的梁單元模擬拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的異同，發(fā)現(xiàn)在合理模擬結(jié)構(gòu)約束的情況下，梁單元與殼單元在模擬多心鋼拱架的屈曲性能方面具有較好的相似性。
　　 針對典型化的拱架模型，用梁單元建立有限元模型，進(jìn)行靜力彈性穩(wěn)定分析。考慮不同荷載工況、矢跨比和面外支撐長細(xì)比等參數(shù)的變化，得到了實(shí)腹單跨典型鋼拱架的彈性屈曲荷載和屈曲

3、模態(tài)隨參數(shù)的變化規(guī)律。在考慮面外支撐長度后，鋼拱架的屈曲模態(tài)均以面外變形為主，同時(shí)鋼拱架的屈曲模態(tài)不同于傳統(tǒng)的有推力拱，其水平剛度較大。鋼拱架在各種荷載工況下，面外支撐長細(xì)比較小時(shí)，彈性屈曲荷載基本保持不變，長細(xì)比較大時(shí)，屈曲荷載隨長細(xì)比增大而顯著降低。在靜力彈性分析的基礎(chǔ)上，考慮幾何非線性和材料非線性，引入初始缺陷，分析其極限承載力隨不同參數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明，考慮非線性后，面外支撐間距對極限承載力的影響不如彈性分析明顯。