抛物线形索—拱结构稳定性能研究

摘要

拱结构具有良好的受力性能和审美价值，经济效益好，是被广泛应用于桥梁工程和结构工程领域的结构型式之一，但拱结构也有不足之处，它在半跨荷载作用下受力性能较差，在外荷载作用下容易失稳。为了更好的改善拱结构的稳定性能，出现了一种将索与拱结合起来的杂交结构形式-索-拱结构，与纯拱结构相比其受力性能提高了很多，在这一新型的结构中由于索的存在有效的控制了拱的变形，因而，结构的刚度和极限承载力都有较大的提高。 本文分析了预应力索拱结构的特点和研究现状，对国内外研究成果进行了总结。指出现有的研究侧重于对轴线形式为圆弧形的索-拱结构，根据拱的轴线形式的多样性本文针对拱轴线形式为抛物线形的索-拱结构进行稳定性能研究。拉索布置形式的不同，索-拱结构的造型多种多样。本文选取了将索连接在拱轴线的1/4和3/4处这种形式的抛物线形索-拱结构进行研究，为该结构在实际工程中应用打下了坚实的基础。本文工作的具体内容有： 1、针对索-拱结构本文利用ANSYS有限元程序，将结构离散为梁元和索元，对其进行非线性有限元分析，采用牛顿-拉弗森法和弧长法对荷载-位移平衡路径进行跟踪研究，研究了索对结构极限承载力的影响。 2、分析了该抛物线形索-拱结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的弹性稳定性能和弹塑性稳定性能，并分别将其与相应的纯拱结构进行比较。从而揭示了抛物线形索-拱结构的受力特性和破坏机理。 3、变化抛物线形索-拱结构中的相关参数，如初始预应力、矢跨比、拉索截面等，考察了这些参数变化对抛物线形索-拱结构弹性稳定性能和弹塑性稳定性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1预应力索—拱结构的产生和特点

1.1.1杂交结构

1.1.2拱结构

1.1.3预应力索—拱结构

1.2预应力索—拱结构中索的作用

1.3初始预应力的概念

1.3.1初始预应力的概念

1.3.2引入预应力的常用方法

1.4国内外工程应用情况

1.5预应力索—拱结构的研究现状

1.5.1基本理论方面

1.5.2关于稳定方面的研究

1.5.3关于动力方面的研究

1.5.4关于抛物线形索—拱结构的研究

1.6目前研究的不足

1.7本课题研究内容

第2章索—拱结构稳定理论

2.1索—拱结构的稳定问题概述

2.1.1失稳的概念

2.1.2结构稳定性的能量准则

2.2索—拱结构各构件的单元刚度矩阵

2.2.1索—拱中拱的单元刚度矩阵

2.2.2索—拱中索的单元刚度矩阵

2.3结构线性屈曲分析

2.4平面几何非线性分析的有限元方法

2.4.1牛顿—拉弗森法

2.4.2弧长法

2.5本章小结

第3章抛物线形索—拱结构弹性稳定性能分析

3.1引言

3.2计算模型

3.3抛物线形索—拱结构的弹性屈曲路径

3.3.1全跨均布荷载下弹性屈曲路径

3.3.2半跨均布荷载下弹性屈曲路径

3.4结构的变形过程图

3.4.1半跨均布荷载作用下的变形图

3.4.2全跨均布荷载作用下的变形图

3.5抛物线形索—拱结构的弹性稳定性能参数化分析

3.5.1不同荷载作用方式对索—拱结构弹性稳定性能的影响

3.5.2初始预应力对索—拱结构弹性稳定性能的影响

3.5.3矢跨比对索—拱结构弹性稳定性能的影响

3.5.4拉索截面对索—拱结构弹性稳定性能的影响

3.6本章小结

第4章抛物线形索—拱结构弹塑性稳定性能分析

4.1弹塑性基本概念

4.1.1屈服准则

4.1.2强化准则

4.1.3流动准则

4.2抛物线形索—拱结构弹塑性分析模型

4.3抛物线形索—拱结构的弹塑性屈曲路径

4.3.1全跨均布荷载作用下弹塑性屈曲路径

4.3.2半跨均布荷载作用下弹塑性屈曲路径

4.4抛物线形索—拱结构弹塑性稳定性能参数分析

4.4.1初始预应力对弹塑性稳定性能的影响

4.4.2矢跨比对弹塑性稳定性能的影响

4.4.3拉索截面对弹塑性稳定性能的影响

4.5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢