U型截面钢拱平面外稳定分析.pdfVIP

第43卷第2期 西 安 建 筑 科技 大 学 学 报(自然科学版) V01．43No．2 2011年4月 7allUniv．ofArch．Tech．(NaturalScience J．Xi Edition) Apr．2011 U型截面钢拱平面外稳定分析 常玉珍，王玲玲，李晓莉，赵洪金 (西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055) 摘 要：U型截面钢拱由三块钢板焊接而成，可在截面内浇注混凝土形成钢一混组合结构，从而充分利用底板 钢材的抗拉性能．当作用在拱平面内的荷载达到临界值时，拱可能出现平面外屈曲即侧倾问题，而使整个结构 发生平面外失稳．如果U型截面钢拱沿整个弧线长度上没有隔板，则会出现两个侧板的局部屈曲．通过建立 有限元计算模型，讨论了不同参数，包括截面尺寸，边界条件，有无隔板以及隔板间距情况下钢拱的稳定问题， 并对计算结果进行分析，利用最小二乘法拟合，得到钢拱平面外稳定承载力的计算公式，可为工程设计提供参 考依据． 关键词：钢拱；平面外稳定；极限承载力；屈曲形态 中图分类号：TU392．4 文献标志码：A 文章编号：1006—7930(2011)02—0202—06 拱的平面外屈曲问题很早就引起科研人员的关注，Stussi、Godden对具有加劲梁的抛物线拱的侧 [2]提出了系杆拱桥平面外稳定的实用计算方法，文献[33中利用连续体理论和有限单元法研究了拱一绗 梁联合体系桥的平面外稳定问题．随着计算技术发展，Komatsu等“3利用三级弹塑性分析法研究了钢 拱的面外承载力，提出了实用计算公式，文献[5]对钢拱桥的平面外问题进行了探讨；文献[6—7]中分析 了大跨度钢一混凝土屋盖体系中，标准模板块组成的钢拱在有中间支撑和没有中间支撑两种情况下，线 弹性屈曲形态及相应的I临界荷载的变化，结果表明中间支撑强迫钢拱按高阶失稳形态变形，同时提高屈 曲荷载． U型截面钢拱由三块钢板焊接而成，可以在其内部添加混凝土形成钢一混凝土组合拱聃]，这种截面 可充分利用钢材的抗拉性能，减少拱模板搭设复杂等问题．本文对跨度为40m，矢高10121的U型截面 圆弧拱的平面外屈曲即侧倾进行研究，讨论了30种不同截面尺寸的钢拱，在两端固定，两端铰接两种不 同边界条件，不同截面尺寸，无隔板以及不同隔板间距下，结构平面外屈曲承载力以及屈曲形态，最后通 过对计算数据整理分析，利用最／b--乘法回归得到近似计算公式． 1 有限元模拟 钢拱内部添加一块与截面尺寸相同的隔板，来增强钢拱两个侧板的稳定性．为研究隔板对其承载力的影 m、1m、1．5 响程度，分别研究带有隔板和没有隔板两种情况，对有隔板的钢肋，讨论了隔板间距为0．5 rll，两端固定和两端铰接的30组不同截面尺寸钢拱平面外稳定性．U型截面钢拱的几何模型、有限元模 型及边界条件模拟如图1所示． 收稿日期：2009—12—31 修改稿日期：2010—12—28 基金项目：西安建筑科技大学校青年基金项目(QN0801)，西安建筑科技大学校人才基金项目(RC0801) 作者简介：常玉珍(1979一)，女，河北石家庄人，讲师．博士，主要研究方向：大跨度空间结构受力性能研究与设计 万方数据 镕2月 *t垮}u目截Ⅲ自#十m抖稳2分* 八／：／ boundary∞『蛐Ⅲn {b}wm州cqh刊(c¨岫cbpb训(m 图l有限元模拟模型 F】gI Finitet【…n‘model 2参数分析 (I)无隔板钢拱平面外稳定分析 两千侧板之间没有隔板，同时也不考虑其他的侧向支撑作用，均布压力荷载作用在