實腹鋼拱結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)分析.pdf

1、拱式結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美、受力合理，廣泛應(yīng)用于土木工程中。它能把豎向荷載以軸力的方式傳遞給支座，大大減小了彎矩，易于實現(xiàn)大跨度。目前，對于拱在靜力荷載作用下，基于彈塑性極限強度破壞分析的失效機理和失效模式的研究，多源于經(jīng)驗和數(shù)理統(tǒng)計而非機理性。
　　本文在實腹鋼拱靜力極限承載分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，考慮非線性影響，探索鋼拱在極限荷載作用下的能量、位移等特征響應(yīng)的發(fā)展規(guī)律。驗證結(jié)構(gòu)整體降次化應(yīng)變能密度和值表征結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的合理性，建立具有機理性和

2、統(tǒng)一性的失效判定準則，并預(yù)測失效荷載與失效模式。具體的研究內(nèi)容和成果如下：
　　1、受力狀態(tài)特征參數(shù)的確定與鋼拱的強度破壞形式的限定。
　　以簡單桁架為例，首先表明結(jié)構(gòu)應(yīng)變能密度和值反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的可行性；其次說明對應(yīng)變能密度做降次化處理，并用降次化應(yīng)變能密度和值表征結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的優(yōu)勢；再次，比較兩鉸拱和相同跨度簡支梁的內(nèi)力分布和差距，說明拱式結(jié)構(gòu)受力的合理性，并探求幾何非線性對拱截面軸力和彎矩的影響，得到各種矢跨比下幾何

3、非線性對彎矩影響很大的結(jié)論；最后，探明本文算例中強度極限破壞和面內(nèi)彈性分支失穩(wěn)破壞發(fā)生的規(guī)律，保證本文算例的強度破壞先于失穩(wěn)破壞。
　　2、能量分析方法中非線性的影響規(guī)律。
　　首先，基于幾何非線性和材料非線性在結(jié)構(gòu)中作用原理的不同以及兩種非線性在ANSYS有限元程序中的實現(xiàn)方法，定義四種分析算法并重點編制了幾何非線性算法的APDL命令流；之后，分別用幾何非線性算法、材料非線性算法和雙重非線性算法對同一拱結(jié)構(gòu)進行計算分析，得

4、到能量、變形隨荷載增加的變化曲線，并定性分析非線性的作用規(guī)律：材料非線性在塑性階段影響明顯，兩種非線性相互耦合彼此加??；最后，定義了四個代表兩種非線性分別對能量和變形貢獻率的參數(shù)，定量分析結(jié)構(gòu)失效時非線性的影響大小：依然是材料非線性強于幾何非線性。
　　3、結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)模式與能量增速指數(shù)的對應(yīng)性。
　　基于不同邊界約束、不同矢跨比、不同長細比和不同荷載工況下實腹鋼拱的有限元計算數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，探索出描述結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)模式的方法，