空间拱—壳杂交钢结构的稳定性研究

【摘要】：拱-壳杂交钢结构是由拱与网壳优化组合而成的一种新型结构体系，综合了拱与网壳各自的优点，既增加了结构跨度，又在一定程度上提高了经济效益。拱与网壳分别作为单一的结构体系，往往存在稳定问题，且在设计时有可能成为控制因素，到目前为止对其稳定性的研究已较为深入，而对于此类杂交结构的受力性能尚无系统研究。因此，研究拱-壳杂交钢结构的稳定问题十分必要。 本文运用有限元计算方法对拱-壳杂交钢结构的整体稳定性进行了系统的研究，包括整体稳定性的计算、参数分析、简化计算、防连续倒塌分析以及动力稳定性计算，论文的主要成果如下： （1）提出了拱-壳杂交钢结构工程稳定性的计算方法及评价标准，认为对于该类结构必须进行考虑几何初始缺陷的弹塑性全过程分析，当所得稳定系数满足文中规定，且失稳模态为明显的整体失稳时，结构的稳定承载力满足要求。 （2）提出了拱壳刚度比的概念，并验证了其对结构稳定性的重要影响。同时，温度效应对拱-壳杂交钢结构的稳定性能存在不利影响，因此在设计时应将温度荷载与拱壳刚度比联合考虑。 （3）提出了拱-壳杂交结构稳定性的一种简化计算方法，可对结构中跨度最大的单榀拱结构进行稳定分析，当按照文中方法计算所得单榀拱结构的弹塑性稳定系数大于2.0时，可以初步认定整体结构的稳定承载力满足要求。 （4）验证了拱-壳杂交结构的良好的抗连续倒塌能力。在文中设定的初始破坏模式情况下，破坏被限制在拱间网壳的局部区域，不会发生连续倒塌。当结构中存在拉索时，其预应力大小对结构的承载力有较大影响。当拉索破断时，有可能造成结构的局部受力性能发生改变，从而影响结构的抗连续倒塌能力。 （5）提出了拱-壳杂结构在地震作用下动力稳定性的判定方法，即通过时程分析获得结构的临界荷载后，可根据规范给出的各设防烈度区的结构进行时程分析时加速度曲线的最大值来判定结构在相应地震下是否会发生动力失稳。