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索—拱结构的稳定性能研究

胡淑辉  
【摘要】:拱结构因具有造型优美、刚度大和经济效益好等许多优越特性而被广泛应用于桥梁工程和结构工程领域。然而,拱结构也有不足之处,其在外荷载作用下容易失稳。为了更好地改善拱结构的稳定性能,近年来工程界出现了一种将索和拱结合起来的新型结构形式——索-拱杂交结构。在索-拱结构中,由于索的存在能有效地控制拱的变形,因而结构的刚度和极限承载力得以较大的提高。 根据拉索布置形式的不同,索-拱结构的造型多种多样。本文共选取了两种不同布索形式的索-拱结构进行研究。其中,索-拱结构Ⅰ的拉索是按照两铰圆弧拱在全跨均布荷载作用下的弯矩分布进行拉布置,索-拱结构Ⅱ则是按照三铰拱在半跨均布荷载作用下的弯矩分布来进行布索的。 对于索-拱结构Ⅰ,本文首先分析了两铰圆弧拱在全跨均布荷载作用下的弯矩分布情况,并据此确定了索-拱结构Ⅰ中拉索的布置形式;然后对索-拱结构Ⅰ在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的弹性和弹塑性稳定性能进行了研究,并将其与纯拱结构的受力性能相比较;此外,本文还分析了拉索截面、撑杆长度、拉索预应力等参数对索-拱结构Ⅰ的弹性和弹塑性稳定性能的影响,以揭示索-拱结构Ⅰ的受力特性和破坏机理;最后,本文进行了索-拱结构Ⅰ在全跨均布荷载作用下的初始缺陷敏感性的分析。 在对索-拱结构Ⅱ进行研究之前,本文首先研究了纯三铰拱的静力性能。通过改变三铰拱的矢跨比和拱铰位置,研究了三铰拱在不同荷载工况下的弹性和弹塑性稳定性能;此外,还分析了拱铰位于不同位置时三铰拱的变形和弯矩分布情况,为索-拱结构Ⅱ受力性能的研究提供了一定的指导依据。对于索-拱结构Ⅱ,本文主要通过变化矢跨比和拱铰位置,研究其在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的弹性和弹塑性稳定性能,得出了不同矢跨比下的最优拱铰位置。 本文运用数值模拟方法对两种索-拱结构在不同荷载工况下的弹性和弹塑性稳定性能进行了较为全面深入的研究,同时探讨了结构参数变化对于结构稳定性能的影响。课题的研究成果对此类结构设计有一定的参考价值。


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