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《天津大学》 2005年
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平面张弦结构的静力稳定性研究

艾军  
【摘要】:本文研究了平面张弦结构的静力稳定性能。 张弦结构中拉索和撑杆的存在改善了拱结构的受力性能,也提高了上弦拱的稳定性。但张弦结构作为一种大跨空间结构,相对于普通结构仍然具有明显的受力稳定性问题。目前张弦结构的应用越来越广,工程项目也越来越多,大量的工程设计急切需要科研分析的成果作为依据和参考。因此分析张弦结构的稳定性特征及失稳破坏模式是十分急切和必要的。 本文的研究主要包括张弦结构撑杆稳定性的理论分析和试验研究,以及平面张弦结构的平面内静力稳定性能分析和进一步的参数分析。 首先采用线性屈曲理论对任意边界的轴心受压杆件进行了屈曲分析,将分析结果运用到张弦结构的撑杆稳定性当中。撑杆可以看成是含有平移弹性约束的轴心压杆结构。撑杆的稳定性分析可以通过整体结构稳定性验算同自身弯曲、扭转或弯扭等稳定性验算来得到。 设计了一套试验装置对张弦结构的撑杆结构进行受力稳定性试验研究。试验结果表明:两组撑杆试件最终的失稳破坏模式均符合预先设计,为撑杆弯曲屈曲。试验所得各拉索支承的撑杆极限轴力趋于一致,并且同两端固定铰支压杆极限轴力近似相等,验证了理论分析的结果。 采用非线性有限元法,选用有限元软件ABAQUS对模型试验的结构进行了数值分析,数值分析结果同试验数据吻合很好,同模型试验起到了相互验证的作用。 选取一上弦为实腹式拱的大跨度张弦结构计算模型,利用有限元软件ANSYS对其进行了弹塑性稳定性计算。分析结果表明张弦结构的失稳主要是由于上弦拱出现塑性而降低整体结构承载力造成的。结构的屈曲后路径的下降段降幅很小,此后刚度会回升,但仍然可能出现二次失稳。 最后以上述模型为计算原型,对平面张弦结构的静力稳定性能进行了结构各参数的影响分析,包括支承刚度、预应力大小、撑杆数目、索的垂度、拱的矢高、上弦拱的刚度以及荷载分布形式的影响。分析结果发现:除撑杆数目对结构稳定性影响较小以外,其他参数对结构的稳定性均有较大的影响。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TU394

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