發(fā)布時間：2020-07-03 23:22

【摘要】：拱作為一種歷史悠久的受力結(jié)構(gòu)體系,以其造型優(yōu)美、結(jié)構(gòu)輕盈及承載力高等特點廣泛運用于建筑結(jié)構(gòu)以及橋梁結(jié)構(gòu)領域。穩(wěn)定問題是拱結(jié)構(gòu)設計中的重要控制因素,盡管目前拱平面內(nèi)穩(wěn)定理論研究已較為全面,但各國學者及規(guī)范提出的拱平面內(nèi)穩(wěn)定承載力設計方法的理論及公式均存在一定差異,壓彎成形作為工程中常用的弧形鋼管冷彎成形工藝之一,其殘余應力對拱平面內(nèi)穩(wěn)定性能影響的研究仍近乎空白,因此對壓彎成形鋼管拱平面內(nèi)穩(wěn)定性能進行研究具有重要的理論和實際意義。本文采用解析法及有限元分析方法,對鋼管壓彎殘余應力應變分布、圓弧鋼管拱平面內(nèi)彈性屈曲荷載以及考慮壓彎殘余應力應變的平面內(nèi)彈塑性穩(wěn)定承載力問題進行深入而系統(tǒng)的研究,并提出相應的平面內(nèi)穩(wěn)定承載力設計方法。基于平截面假定等理論假設,建立鋼管微元模型,利用平衡法推導出冷彎成形過程中鋼管截面應力應變的理論解。同時利用有限元軟件ABAQUS對鋼管壓彎成形加工過程進行仿真模擬,將數(shù)值分析結(jié)果及理論解進行對比分析,提出了壓彎成形后圓管截面殘余應力應變分布模式。編寫參數(shù)化建模分析腳本,以實現(xiàn)模型的前處理建模及后處理分析過程的批量全自動化,從而提高建模分析的效率和準確率。同時結(jié)合纖維梁及初始缺陷添加技術,在驗證有限元模型參數(shù)設置準確、合理的前提下,批量建立圓弧鋼管拱平面內(nèi)穩(wěn)定分析模型。研究均勻受壓圓弧鋼管拱的平面內(nèi)彈性屈曲問題,采用上述參數(shù)化建模分析方法,分析數(shù)值解后得到屈曲臨界荷載的影響因素及變化規(guī)律。同時結(jié)合拱的經(jīng)典理論解,考慮屈曲前變形及拱軸線可壓縮條件,提出基于彈性屈曲系數(shù)的圓弧鋼管拱平面內(nèi)屈曲臨界荷載計算方法�？紤]材料非線性、幾何非線性以及初始缺陷等因素的影響,批量建立均勻受壓拱以及壓彎拱平面內(nèi)彈塑性穩(wěn)定分析模型。結(jié)合本文數(shù)值分析結(jié)果以及已有研究成果,探討不同幾何參數(shù)以及壓彎殘余應力應變對平面內(nèi)穩(wěn)定承載力的影響規(guī)律,分別提出不同拱腳條件下,基于正則化長細比的均勻受壓鋼管拱平面內(nèi)穩(wěn)定系數(shù)計算公式以及壓彎鋼管拱平面內(nèi)彈塑性穩(wěn)定承載力設計方法。通過檢驗模型的數(shù)值解驗證了本文設計公式的適用性、合理性以及可靠性,可為工程實際應用提供一定的參考。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU392.3
【圖文】：

[2]。圖1-1 趙州橋 圖1-2 凱旋門拱結(jié)構(gòu)的建筑材料自最初的生土拱、磚石拱發(fā)展至如今常用的鋼-混凝土拱以及鋼拱。趙州橋為磚石拱的典型代表，利用結(jié)構(gòu)自重形成相應的軸向受壓狀態(tài)，結(jié)構(gòu)自重大并且結(jié)構(gòu)的跨越能力有限。鋼-混凝土拱結(jié)合混凝土材料的抗壓能力以及鋼骨架的抗拉能力，兩者共同作用，一定程度提高了結(jié)構(gòu)的跨越能力，典型代表為跨度 445 米的北盤江特大橋（圖 1-3），但由于自重較大，跨越能力受到了一定限制。鋼材因其自重輕、材料強度高、抗拉能力強以及施工經(jīng)濟方便等特點，鋼拱結(jié)構(gòu)廣泛應用于建筑結(jié)構(gòu)以及橋梁結(jié)構(gòu)當中，典型代表為上海的盧浦大橋（圖 1-4），全長 3900 米，單跨最大 550 米。而鋼結(jié)構(gòu)除了上述優(yōu)勢以外

[2]。圖1-1 趙州橋 圖1-2 凱旋門拱結(jié)構(gòu)的建筑材料自最初的生土拱、磚石拱發(fā)展至如今常用的鋼-混凝土拱以及鋼拱。趙州橋為磚石拱的典型代表，利用結(jié)構(gòu)自重形成相應的軸向受壓狀態(tài)，結(jié)構(gòu)自重大并且結(jié)構(gòu)的跨越能力有限。鋼-混凝土拱結(jié)合混凝土材料的抗壓能力以及鋼骨架的抗拉能力，兩者共同作用，一定程度提高了結(jié)構(gòu)的跨越能力，典型代表為跨度 445 米的北盤江特大橋（圖 1-3），但由于自重較大，跨越能力受到了一定限制。鋼材因其自重輕、材料強度高、抗拉能力強以及施工經(jīng)濟方便等特點，鋼拱結(jié)構(gòu)廣泛應用于建筑結(jié)構(gòu)以及橋梁結(jié)構(gòu)當中，典型代表為上海的盧浦大橋（圖 1-4），全長 3900 米，單跨最大 550 米。而鋼結(jié)構(gòu)除了上述優(yōu)勢以外

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本文編號：2740312