【摘要】：平行組拼雙拱是一種在橋梁工程領(lǐng)域以及工民建領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用的組拼拱形式,由于橫向支撐的剛度往往小于主拱肋剛度,使得平面外穩(wěn)定性成為平衡其經(jīng)濟性與安全性的一個重要指標(biāo)。目前對平行雙拱平面外彈塑性穩(wěn)定承載力計算方法的研究非常少見,為其平面外穩(wěn)定性設(shè)計帶來了諸多不便。本文以均勻受壓無鉸圓弧平行組拼雙拱為對象,系統(tǒng)研究了其平面外彈塑性穩(wěn)定性能,提出了其平面外彈塑性穩(wěn)定承載力實用計算公式,具體研究內(nèi)容如下:(1)提出了圓管截面均勻受壓無鉸圓弧拱的平面外彈塑性穩(wěn)定承載力計算方法�？紤]結(jié)構(gòu)幾何初始缺陷及材料非線性,采用大撓度彈塑性有限元數(shù)值分析的方法,以190根圓弧截面無鉸圓弧拱為研究對象,分析了其在均勻受壓情況下的平面外彈塑性穩(wěn)定性能,揭示了設(shè)計參數(shù)對面外穩(wěn)定性影響規(guī)律。并在拱的正則化長細比坐標(biāo)下,獲得了各種設(shè)計參數(shù)拱的統(tǒng)一穩(wěn)定曲線。借助該穩(wěn)定曲線,得到了圓管截面均勻受壓無鉸圓弧拱的平面外彈塑性穩(wěn)定承載力的實用計算公式。(2)推導(dǎo)了拱頂s/2范圍內(nèi)均布橫向支撐的平行組拼雙拱的平面外彈性失穩(wěn)臨界荷載解析解公式�；赗itz法,考慮了結(jié)構(gòu)平面外失穩(wěn)時主拱肋的整體和局部變形能、橫撐在徑向和切向平面內(nèi)的彎曲變形能以及外力勢能,構(gòu)造了平行雙拱平面外失穩(wěn)的能量方程,并利用勢能駐值原理得到了拱頂s/2范圍內(nèi)均布橫向支撐的圓弧平行雙拱的平面外彈性失穩(wěn)臨界荷載解析解公式,為后續(xù)研究平行雙拱的平面外彈塑性穩(wěn)定承載力計算公式奠定了基礎(chǔ)。(3)提出了圓管截面均勻受壓無鉸圓弧平行組拼雙拱的平面外彈塑性穩(wěn)定承載力計算方法。以不同設(shè)計參數(shù)的918根圓管截面無鉸平行雙拱為研究對象,考慮結(jié)構(gòu)幾何初始缺陷及材料非線性,采用大撓度彈塑性有限元數(shù)值分析方法,分析了幾何初始缺陷、矢跨比、長細比、橫撐長度、橫撐根數(shù)以及主拱截面尺寸等設(shè)計參數(shù)對平行組拼雙拱的影響規(guī)律,得到了其平面外彈塑性穩(wěn)定系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,在平行組拼雙拱的正則化長細比坐標(biāo)下,借助于中國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB50017-2003中軸壓柱子穩(wěn)定系數(shù)曲線的Perry-Robertson公式,利用Matlab程序?qū)ζ叫薪M拼雙拱的平面外彈塑性穩(wěn)定系數(shù)數(shù)據(jù)點進行擬合,得到了適用于平行組拼雙拱的穩(wěn)定建議曲線。基于該穩(wěn)定建議曲線,提出了圓管截面均勻受壓無鉸圓弧平行雙拱的平面外彈塑性穩(wěn)定承載力的實用計算公式。
[Abstract]:Parallel assembly double arch is a widely used form in the field of bridge engineering and civil engineering, because the stiffness of transverse support is often less than that of main arch rib. So that the off-plane stability becomes an important index to balance its economy and security. At present, the research on the calculation method of the elastoplastic stability of parallel double arch is very rare, which brings a lot of inconvenience to the design of the out-of-plane stability. In this paper, the elastoplastic stability of parallel arches with unhinged circular arcs under uniform compression is studied systematically, and a practical formula for calculating the load-carrying capacity of out-of-plane elastic-plastic stability is put forward. The main contents of this paper are as follows: (1) A method for calculating the elastic-plastic stability capacity of circular arches under uniform compression of pipe sections is presented. Considering the initial defects of structure geometry and material nonlinearity, a large deflection elastic-plastic finite element numerical analysis method was used to study 190 arches with no hinged arc section. The elastoplastic stability in the case of uniform compression is analyzed, and the influence of design parameters on the external stability is revealed. The uniform stability curves of the arch with various design parameters are obtained under the regularized aspect ratio coordinates of the arch. With this stable curve, A practical formula for calculating the external elastoplastic stability capacity of an unhinged circular arched arch with uniform compression of pipe section is obtained. (2) an analytical formula for the out-of-plane elastic instability critical load of a parallel group of two arches with uniform transverse bracing in the range of S / 2 is derived. Based on the Ritz method, the whole and local deformation energy of the main arch rib, the bending deformation energy and the external force potential energy of the transverse brace in radial and tangential plane are considered, and the energy equation of the external instability of the parallel double arch plane is constructed. The analytical formula of out-of-plane elastic instability critical load of circular arc parallel double arch with uniform transverse bracing in the range of S / 2 is obtained by using the standing principle of potential energy. It lays a foundation for the further study on the calculation formula of the lateral elastoplastic stability bearing capacity of parallel double arch. (3) A method for calculating the elastoplastic stability capacity of parallel arch with uniform compression of pipe section under uniform compression without hinged arc is proposed. Taking 918 unhinged parallel double arches with different design parameters as the research object, considering the initial structural defects and material nonlinearity, the finite element method of large deflection elastic-plastic finite element analysis is used to analyze the geometric initial defects and the rise-span ratio. The influence of the design parameters such as slenderness ratio, transverse brace length, root number of transverse brace and cross-section size of main arch on the parallel combination of double arches is obtained, and the elastoplastic stability coefficient is obtained. On this basis, with the aid of the Perry-Robertson formula of the stability coefficient curve of the axial compression column of the Chinese steel structure code GB50017-2003, under the regularized aspect ratio coordinate of the parallel group of double arches, the stability coefficient curve of the column is obtained by means of the Chinese steel structure code. The Matlab program is used to fit the extraplanar elastic-plastic stability coefficient data points of parallel double arches, and the proposed stability curve for parallel double arches is obtained. Based on the proposed stability curve, a practical formula for calculating the external elastoplastic stability bearing capacity of the uniform compression unhinged circular arc parallel double arch of a circular pipe is presented.
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U442

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本文編號：2266713