索拱结构体型及稳定性研究

论文题目: 索拱结构体型及稳定性研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 结构工程

作者: 杨晓明

导师: 郝际平

关键词: 索拱结构形式,平面稳定,极限承载力,拱脚支座抗推刚度

文献来源: 西安建筑科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 拱结构具有良好的受力性能和审美价值,是被广泛应用的结构型式之一,但拱结构在反对称荷载作用下其受力性能较差,另外,拱结构支座的水平反力很大,要求下部支承结构有较大的水平刚度,而对于屋面结构满足此要求在实际工程中很难实现,索拱结构是拱与索的杂交结构,与无索拱相比其受力性能提高了很多,尤其是反对称荷载下更是如此,同时,其水平反力得到了控制。对于支座水平刚度要求的减少使得实际应用相当方便。本文对索拱结构进行了深入的研究,为该结构在实际工程中应用打下了坚实的基础。本文工作的具体内容有: 1、全面回顾了拱及其组合结构的结构形式以及索拱结构形式的来源、目前存在的问题和研究现状,并指出拱的组合结构以其良好的受力性能、审美价值以及丰富的组合形式是一种很有生命力的结构形式,在实际工程中具有广泛的应用前景。 2、索拱结构为大跨度柔性结构,只有用几何非线性分析方法对其稳定性研究,才可满足工程的实际需要,本文采用的几何非线性有限元方法是进行分析的更精确完善的力学模式,基于虚功原理,推导出了U.L.格式的空间梁元和索元的几何非线性有限元公式,采用Newton—Raphson法和弧长法求解了非线性平衡过程。 3、由于索拱结构中的矢跨比,荷载作用方式对索拱结构的稳定性起至关重要的作用,本文就六种索拱结构在不同矢跨比,及不同荷载作用方式下的特征值、极值荷载和整体刚度进行了讨论,就六种索拱结构的稳定性进行了对比研究。得到了每种索拱结构的受力性能。

论文目录:

1 概论

1.1 拱及其组合结构

1.2 索拱结构的稳定问题概述

1.2.1 失稳的概念

1.2.2 结构稳定性的能量准则

1.2.3 索拱结构初始缺陷的影响

1.2.4 非线性稳定问题的求解方法

2 索拱结构

2.1 索拱结构

2.2 索拱结构的稳定性研究

2.3 本文的主要研究内容及分析方法

3 索拱结构平面几何非线性分析的有限元方法

3.1 索拱中拱的有限元公式的推导

3.1.1 更新的拉格朗日列式

3.1.2 二维等截面梁单元的增量刚度方程

3.2 索拱中索的有限元公式

3.2.1 索单元刚度矩阵的推导

3.2.2 索单元有限元方程的建立

3.3 索拱结构稳定的非线性有限元方程及求解

3.3.1 线性屈曲

3.3.2 非线性极值点屈曲

4 圆索拱结构平面稳定性研究

4.1 圆索拱结构一的平面内稳定性

4.2 圆索拱结构二平面稳定性研究

4.3 圆索拱结构三平面稳定性研究

4.4 圆索拱结构四平面稳定性研究

4.5 圆索拱结构五平面稳定性研究

4.6 圆索拱结构六的平面稳定性

4.7 本章小结

5 圆索拱结构受力性能与支座拱脚抗推刚度

5.1 集中荷载作用下抗推刚度与圆索拱的极限承载力

5.2 均布荷载作用下抗推刚度与圆索拱的极限承载力

5.3 半跨荷载作用下抗推刚度与圆索拱的极限承载力

5.4 半跨+全跨均布荷载作用下抗推刚度与圆索拱的极限承载力

5.5 不同索面积下抗推刚度与圆索拱极限承载力

5.5.1 集中荷载作用下索面积与极限承载力

5.5.2 均布荷载下索面积与极限承载力

5.5.3 半跨荷载下索面积与极限承载力

5.5.4 半跨+全跨均布荷载下索面积与极限承载力

5.6 本章小结

6 拱轴线型式与索拱结构的平面稳定性

6.1 抛物线索拱的平面稳定性

6.2 抛物线索线拱在不同拱脚抗推刚度下的极限承载力

6.3 悬链线索拱的平面稳定性

6.4 悬链线索拱在不同拱脚抗推刚度下的极限承载力

6.5 本章小结

7 实用设计方法建议与工程应用

7.1 实用设计方法建议

7.2 工程实例

8 结语

8.1 结论

8.2 有待于进一步研究的问题

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文

发布时间: 2006-07-20

参考文献

[1].屈曲约束支撑的动力性能研究及其在钢拱结构中的应用[D]. 李晓东.兰州理工大学2008
[2].大跨度拱支结构力学性能与施工技术研究[D]. 刘永建.天津大学2012
[3].大跨建筑混合结构设计研究[D]. 刘宏伟.同济大学2008

索拱结构体型及稳定性研究

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