侧向支撑对腹板开洞型圆弧钢拱平面外稳定性能影响的研究

摘要

目前，腹板开洞钢拱在建筑结构形式中得到了广泛的应用，尤其是在地铁站、体育馆、航站楼等公用建筑。在设计中腹板开洞钢拱平面外稳定性是最为重要的控制因素，通常在工程实际中，多数通过经验布置侧向支撑的方式来保证钢拱平面外的稳定性。而目前缺乏对这方面的研究，本文主要针对有侧向支撑腹板开洞钢拱平面外稳定性能进行研究。
　　本文采用有限元法，对无侧向支撑腹板开洞圆弧钢拱的平面外稳定性能进行了研究，分析了均布径向荷载与等端反向弯矩作用下，钢拱平面外屈曲临界荷载随圆心角、长细比、拱脚条件的变化，得到了钢拱平面外屈曲临界荷载的变化规律，指出了不同荷载和拱脚条件下屈曲临界荷载变化规律不同的原因。研究了水平均布竖向、沿轴线均匀竖向和拱顶集中荷载对钢拱的作用效果，考虑了上述三种条件的影响，得到了不同竖向荷载作用下屈曲临界荷载变化规律，指出了钢拱的最优矢跨比。
　　在上述研究的基础上，对有侧向支撑腹板开洞圆弧钢拱平面外稳定性能进行了研究，指出了支撑类型对提高钢平面外稳定性能的重要性。考虑了支撑刚度、支撑数量、拱脚条件的变化，得到了钢拱平面外屈曲变形的变化规律，指出了影响钢拱侧向支撑的临界刚度的因素。在完全有效支撑情况下，研究了不同竖向荷载作用下钢拱平面外屈曲性能，得到了钢拱屈曲临界荷载随支撑数量变化情况，在水平均布竖向荷载作用下，通过大量有限元计算结果进行了拟合，得出了侧向支撑点间稳定设计沿轴线的计算距离公式。

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第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 拱稳定性问题研究现状

1.3 本文研究的内容及方法

第二章 拱的相关稳定理论

2.1 稳定问题概述

2.2 工字型截面拱平面外稳定分析

第三章 腹板开洞钢拱的平面外弹性屈曲分析

3.1 概述

3.2 有限元模型建立

3.3 均布径向荷载作用下腹板开洞钢拱的弹性屈曲分析

3.4 等端反向弯矩作用下腹板开洞钢拱的弹性屈曲分析

3.5 竖向荷载作用下腹板开洞钢拱平面外屈曲分析

第四章 侧向支撑对腹板开洞钢拱平面外弹性屈曲分析的影响

4.1 概述

4.2 不同支撑类型下腹板开洞钢拱的平面外稳定性能

4.3 腹板开洞钢拱侧向支撑的临界刚度

4.4 完全有效支撑对腹板开洞钢拱稳定性能的影响

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

研究生在读期间取得的科研成果

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