具有初始幾何缺陷懸鏈線成拱的穩(wěn)定承載力分析.pdf

1、近年來大跨度懸鏈線拱橋在我國得到了廣泛應(yīng)用，隨著其跨度的不斷增大，穩(wěn)定問題成為設(shè)計和施工中的關(guān)鍵問題。由于施工過程中不確定因素的存在，拱橋?qū)⒉豢杀苊獾禺a(chǎn)生或大或小的初始幾何缺陷。初始幾何缺陷的存在，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力下降，因此在施工過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制初始幾何缺陷。然而，初始幾何缺陷到底控制在怎樣的一個范圍內(nèi)，既能夠保證結(jié)構(gòu)安全，又能夠保證施工方便呢?本文將利用樣條函數(shù)和穩(wěn)定理論來研究此問題。 樣條函數(shù)以其特有的優(yōu)點(diǎn)可以用來逼近

2、任意的連續(xù)曲線，且具有很高的精度。本文中，樣條函數(shù)一方面被用來逼近各種不同形態(tài)和不同幅值大小的初始幾何缺陷，另一方面被用來建立空間曲梁的位移函數(shù)(即建立樣條元)。結(jié)果表明，采用樣條函數(shù)方法是可行的，并且它具有高精度、高效率和輸入數(shù)據(jù)少的優(yōu)點(diǎn)。 本文建立了能夠同時考慮面內(nèi)和面外穩(wěn)定的控制方程，推導(dǎo)了基于樣條函數(shù)的剛度矩陣和荷載向量，并利用Matlab編制了計算程序。程序中考慮了初始幾何缺陷的影響，并采用邊緣纖維屈服準(zhǔn)則來判斷結(jié)構(gòu)是

3、否失穩(wěn)。分別計算了考慮幾何非線性和不考慮幾何非線性兩種情況，結(jié)果表明：(一)、隨著荷載的增加，具有類似于低階失穩(wěn)模態(tài)的初始幾何缺陷的拱更容易失穩(wěn)；(二)、無論初始幾何缺陷形態(tài)是什么形式，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時都對應(yīng)于一階失穩(wěn)模態(tài)；(三)、考慮幾何非線性時的穩(wěn)定系數(shù)明顯低于不考慮幾何非線性時的穩(wěn)定系數(shù)。 鋼管混凝土拱橋在澆注管內(nèi)混凝土過程時，分析結(jié)果表明：(一)、穩(wěn)定系數(shù)降低率大于混凝土強(qiáng)度形成后的穩(wěn)定系數(shù)降低率；(二)、混凝土灌注過程中的結(jié)

4、構(gòu)穩(wěn)定性遠(yuǎn)低于混凝土強(qiáng)度形成后的穩(wěn)定性，其穩(wěn)定系數(shù)約為混凝土強(qiáng)度形成后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)的25％。 本文最后考慮了三種形態(tài)的初始幾何缺陷對穩(wěn)定系數(shù)的影響，從計算結(jié)果可以看出：隨著拱橋跨徑的增大，初始幾何缺陷的影響變得越來越顯著；初始幾何缺陷相同時，拱軸系數(shù)和矢跨比不同時穩(wěn)定系數(shù)的差別很??；初始幾何缺陷的大小和形態(tài)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要影響因素，二者均不可忽略。本文忽略了矢跨比和拱軸系數(shù)兩個參數(shù)的影響，初步建立起穩(wěn)定系數(shù)降低率η與缺陷形態(tài)和