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车辐拱的稳定性能研究

王高宁  
【摘要】:车辐拱是一种由索和拱杂交而成的新型结构形式,它造型美观,受力合理,近年来在国外有所应用。 本文首先介绍了车辐拱的发展历史,包括车辐结构和索—拱结构及一些车辐拱的工程实例,阐明了车辐拱的结构特点和受力机理,提出了本文的研究内容和研究方法。其次,介绍了车辐拱稳定性研究的有限元基础,提出了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析的主要内容和方法,并以一个车辐拱和相应的纯拱为例,对计算结果进行了分析和比较。本文主要是针对车辐拱不同的参数,研究了全跨和半跨均布荷载作用下的稳定承载力和变形性能,内容主要包括它的弹性和弹塑性稳定极限承载力、变形过程和失稳模式、全跨荷载下的缺陷敏感性,以及弹塑性失稳时拱和拉索的应力分布等。 在假设材料为完全弹性的基础上,对影响圆弧形车辐拱稳定性能的各项参数进行了详细的比较分析,主要是拱的矢跨比、索盘位置、拉索数量和拉索截面,对车辐拱适用的矢跨比、最优索盘位置进行了分析总结,并阐述了增加拉索用量对改善车辐拱稳定性的规律。此外,对拉索预应力、拱截面、结构跨度和荷载分布形式也进行了一些变化,考察了这些参数对车辐拱加载路径的影响。 然后将拱的轴线形式从圆弧形扩展到椭圆弧形(包括不同形状)、抛物线形和悬链线形,仍在弹性范围内,固定其它参数,只改变拱的矢跨比和索盘位置,研究不同轴线形式下车辐拱适用的矢跨比和索盘位置,并对不同轴线形式车辐拱的稳定性进行了比较。抛物线形和很扁的椭圆弧形车辐拱的稳定承载力较低,失稳时的变形较大;圆弧形、接近圆弧的椭圆弧形以及悬链线形的车辐拱承载力较高,失稳时的变形却较小。 最后,假设拱为理想弹塑性材料,同时控制拉索的应力使之也处于弹性范围内,研究上述四种轴线形式车辐拱的弹塑性稳定性。车辐拱的弹性失稳是由其几何非线性引起的,而弹塑性失稳主要是因为材料塑性区的形成和发展,因此承载力大大降低,失稳时刻结构的变形也非常小。


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1 王高宁;车辐拱的稳定性能研究[D];清华大学;2005年
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