变截面悬挑立体桁架结构平面外稳定分析

论文摘要

空间管桁架结构是近年来兴起的一类新型结构形式,已广泛应用到火车站、机场航站楼及展览馆等大型结构中。结构截面多为三角形,分正三角形和倒三角形两种形式,具体的截面形式视使用条件而定。变截面悬挑立体桁架结构是空间管桁架结构的一种,此种结构根据受力的不同而逐渐改变截面形式。现主要应用于开敞式体育场馆的屋盖结构。钢结构失稳破坏是造成结构倒塌的重要原因之一。主要应用于大跨度公共建筑的结构一旦发生局部或整体失稳破坏,将会导致重大人员伤亡及严重的社会影响。随着变截面悬挑立体桁架结构在开敞式体育场的广泛应用,有必要对此种结构进行平面外稳定问题的研究。本文首先利用参考文献中的等效方法将变截面悬挑立体桁架结构简化为闭口薄壁悬臂梁,采用稳定近似计算理论中的能量法建立微分方程,求解出闭口薄壁悬臂梁结构平面外稳定临界荷载的近似解,后引入系数K以考虑变截面结构形心变化等因素对结构承载力的综合影响并反算出K值公式,最终获得此种结构的平面外失稳荷载公式。此后,本文利用有限元程序ANSYS对悬挑立体桁架结构进行稳定性分析,研究各截面几何参数对平面外稳定性能的影响。本文还对结构的线弹性稳定性、几何非线性稳定性、双重非线性稳定性以及带有初始几何缺陷的非线性稳定性进行分析,以获得不同分析方法对结构的承载力的影响程度。研究发现:在各影响因素中,结构的截面高度比m对承载力的影响较小;根据结构的承载力和经济性综合考虑,挑高比l/h1尽量选在（10-20）范围内,h1/a的值接近1较好,b/a介于（1-2）为宜;上下弦杆及上弦系杆截面变化对立体桁架结构的平面外整体稳定影响不大;腹杆截面的影响较大,随着斜腹杆截面面积增大,立体桁架的平面外稳定性增强;通过对悬挑立体桁架结构进行特征值屈曲、非线性屈曲以及初始缺陷三种分析,发现几何非线性对结构的承载力影响较小,初始缺陷的影响略大;对结构进行双重非线性分析发现,材料非线性的影响较几何非线性和初始缺陷还要大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文内容
• 第二章 钢结构稳定理论
• 2.1 结构稳定的基本概念
• 2.2 稳定问题分类
• 2.2.1 平衡分岔失稳
• 2.2.2 极值点失稳
• 2.2.3 跃越失稳
• 2.3 稳定问题计算方法
• 2.3.1 静力平衡法
• 2.3.2 能量法
• 2.3.3 动力法
• 2.3.4 有限元法
• 第三章 变截面悬挑立体桁架平面外稳定理论分析
• 3.1 结构简化
• 3.1.1 结构离散化
• 3.1.2 原模型的几何参数
• 3.1.3 各等效参数的确定
• 3.2 等效模型的平面外稳定理论分析
• 3.2.1 基本理论
• 3.2.2 理论推导
• 第四章 截面形心变化对结构承载力的影响
• 1、b/a、h₁/a 对K 值的影响求出初始K 值K₀'>4.1 考虑l/h₁、b/a、h₁/a 对K 值的影响求出初始K 值K₀
• 1/a=1 时K₀ 值公式'>4.1.1 h₁/a=1 时K₀值公式
• 1/a=2 时K₀ 值公式'>4.1.2 h₁/a=2 时K₀值公式
• 1/a=3 时K₀ 值公式'>4.1.3 h₁/a=3 时K₀值公式
• 1/a=4 时K₀ 值公式'>4.1.4 h₁/a=4 时K₀值公式
• 1/a=0.5 时K₀ 值公式'>4.1.5 h₁/a=0.5 时K₀值公式
• 0 修正'>4.2 考虑m 值变化对K 值的影响并对K₀修正
• 1/a=1 时考虑m 值影响的K₀ 修正公式'>4.2.1 h₁/a=1 时考虑m 值影响的K₀修正公式
• 1/a=2 时考虑m 值影响的K₀ 修正公式'>4.2.2 h₁/a=2 时考虑m 值影响的K₀修正公式
• 1/a=3 时考虑m 值影响的K₀ 修正公式'>4.2.3 h₁/a=3 时考虑m 值影响的K₀修正公式
• 1/a=4 时考虑m 值影响的K₀ 修正公式'>4.2.4 h₁/a=4 时考虑m 值影响的K₀修正公式
• 1/a=0.5 时考虑m值影响的K₀ 修正公式'>4.2.5 h₁/a=0.5 时考虑m值影响的K₀修正公式
• 0 值的修正'>4.3 杆件截面积变化对K₀值的修正
• 4.4 K 值公式
• 4.5 公式验证
• 第五章 变截面悬挑立体桁架结构平面外失稳荷载影响因素分析
• 5.1 杆件截面面积的影响
• 5.2 节间长度的影响
• 5.3 截面高宽比对结构平面外稳定荷载的影响
• 5.4 结构挑高比对结构临界荷载的影响
• 5.5 截面高度比m 的影响
• 5.6 侧向支撑对结构平面外承载力的影响
• 5.7 小结
• 第六章 工程实例分析
• 6.1 天津松江体育场屋盖单榀桁架结构分析
• 6.1.1 分析基础
• 6.1.2 特征值屈曲分析
• 6.1.3 未考虑初始缺陷的几何非线性分析
• 6.1.4 考虑初始缺陷的几何非线性分析
• 6.1.5 双重非线性分析
• 6.1.6 基于不同假设的稳定分析
• 6.1.7 小结
• 6.2 天津大学体育场屋盖单榀桁架结构分析
• 6.2.1 分析基础
• 6.2.2 特征值屈曲分析
• 6.2.3 未考虑初始缺陷的几何非线性分析
• 6.2.4 考虑初始缺陷的几何非线性分析
• 6.2.5 双重非线性分析
• 6.2.6 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢