【摘 要】
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拱结构具有优美的造型和良好的受力性能等优点,由于其有较大的刚度和较高的承载能力,作为一种非常合理的结构形式在房屋建筑和桥梁工程中得到了非常广泛的应用。钢材作为一种
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拱结构具有优美的造型和良好的受力性能等优点,由于其有较大的刚度和较高的承载能力,作为一种非常合理的结构形式在房屋建筑和桥梁工程中得到了非常广泛的应用。钢材作为一种常见的建筑材料,具有轻质高强、韧性好等力学性能优点,而且有易取得、易加工、等施工优点,是一种非常理想的建筑结构材料。故结合了钢材和拱结构优点的拱形钢结构在建筑工程领域有着大量的应用。但这种结构在设计中也存在很多问题:拱结构以受压为主的受力性能以及钢材截面尺寸较小造成结构的稳定问题突出;而且要保证拱内产生足够的轴力,拱脚支座必须具有一定的刚度。但实际工程中,拱经常支承在其他结构上,支座不可能做到完全刚性支承,特别是矢跨比较小的浅拱,对拱脚支承刚度要求更严格,如何考虑支承刚度对稳定的影响需要深入研究。本文以弹性支承圆弧钢浅拱为研究对象,研究其平面内非线性稳定性能。首先针对水平和转动弹性支承圆弧钢浅拱的内力线性解进行了理论推导,然后针对水平和转动弹性支承圆弧钢浅拱平面内弹塑性稳定承载力进行了试验研究,最后就水平和转动弹性支承圆弧钢浅拱平面内弹塑性稳定承载力进行了数值模拟分析,得到以下成果:(1)结合应变位移关系,给出了水平和转动弹性支承圆弧钢浅拱的内力线性解,并与有限元分析结果对比,证明了理论推导的正确性。(2)研究了拱形刚架结构拱脚支承柱等效水平弹簧刚度kh和等效转动弹簧刚度kθ之间的关系,给出了kh和kθ的关系公式,并证明了其正确性。(3)分别对全跨竖向均布荷载作用下矢跨比为0.2、0.1的6榀弹性支承压弯圆弧拱进行了平面内稳定承载力试验研究,揭示了弹性支承圆弧拱的失稳破坏机理。通过试验结果与数值模拟结果比较证明了有限元数值计算结果具有很高的精度,可以用有限元分析方法对弹性支承圆弧钢拱平面内稳定性进行进一步研究。
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