留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

两铰圆弧车辐钢拱平面内弹塑性稳定设计

窦超 成乐 韩杏萍 朱仰泽

窦超, 成乐, 韩杏萍, 朱仰泽. 两铰圆弧车辐钢拱平面内弹塑性稳定设计[J]. 钢结构(中英文), 2020, 35(9): 17-25. doi: 10.13206/j.gjgS20040501
引用本文: 窦超, 成乐, 韩杏萍, 朱仰泽. 两铰圆弧车辐钢拱平面内弹塑性稳定设计[J]. 钢结构(中英文), 2020, 35(9): 17-25. doi: 10.13206/j.gjgS20040501
Chao Dou, Le Cheng, Xingping Han, Yangze Zhu. In-Plane Elastic-Plastic Stability Design of Pin-Ended Circular Spoke Arches[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2020, 35(9): 17-25. doi: 10.13206/j.gjgS20040501
Citation: Chao Dou, Le Cheng, Xingping Han, Yangze Zhu. In-Plane Elastic-Plastic Stability Design of Pin-Ended Circular Spoke Arches[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2020, 35(9): 17-25. doi: 10.13206/j.gjgS20040501

两铰圆弧车辐钢拱平面内弹塑性稳定设计

doi: 10.13206/j.gjgS20040501
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目(51278273)。

详细信息
    作者简介:

    窦超,男,1984年出生,博士后,副教授,博士生导师。

    通讯作者:

    成乐,女,硕士研究生,13231105@bjtu.edu.cn。

In-Plane Elastic-Plastic Stability Design of Pin-Ended Circular Spoke Arches

  • 摘要: 车辐式钢拱的稳定问题相对纯拱来说更为复杂,除长细比、矢跨比之外,还受索盘高度、拉索数量、拉索面积及预应力水平的影响。目前钢拱平面内稳定性及承载力设计方法已经成熟,但对车辐拱的研究仅限于弹性稳定性能的定性分析,尚未有弹塑性稳定承载力的设计计算方法,导致设计人员在初步设计时对于车辐拱各几何参数的取值以及稳定承载力的估算无章可循。
    针对工程中常见的两铰圆弧车辐拱,采用有限元参数分析,深入研究了其在全跨和半跨均布荷载下的平面内弹塑性稳定性能和主要参数影响规律,提出了关键参数的优化取值范围,并建立了稳定承载力的计算式。首先在有限元模型中采用施加初应变的迭代法,张拉连接索盘和拱脚的两根拉索使其达到目标张拉力,为车辐拱施加不同水平预应力,考察预应力对车辐拱的内力、变形和极限承载力的影响。随后,研究了主要结构参数如长细比、矢跨比、拉索数量、拱索面积比等单因素变化对车辐拱平面内弹塑性稳定承载性能的影响,以稳定承载力效率为标准,提出了各参数的优化设计取值范围,涵盖了工程常用范围。在参数建议取值范围的基础上,采用响应面法设计了30组代表性算例,选择拱索面积比、拉索数量、矢跨比、长细比为4个关键考察因素,以相同条件下对应纯拱的弹塑性稳定承载力为基准值,建立了其平面内弹塑性稳定承载力计算式,并对其精度和适用性进行了分析验证。结果表明:1)预应力的存在对车辐拱的受力性能影响不大,实际施工中拉索可不施加预应力而以张紧为宜,或根据调整拱脚推力的需要进行确定;2)设计中建议索盘高度为1/2矢高,拉索数量为8~20根,拱索面积比为10~30,矢跨比为0.20~0.50,各参数的优化取值范围涵盖了工程常用范围;3)从方差分析的结果来看,矢跨比对平面内弹塑性稳定承载力的影响最为显著,长细比次之,而拱索面积比和拉索数量的影响相对较小;4)响应面法给出的精确算式误差小于5%,简化算式偏于保守,大多数误差在15%之内,且对不同强度的钢材均适用,可以安全地估计车辐拱的平面内弹塑性稳定承载力,供初步设计时采用。
  • 郭彦林,田广宇. 索结构体系设计原理与施工控制[M]. 北京:科学出版社,2014.
    剧锦三,郭彦林. 索-拱结构的平面内稳定性研究[J]. 建筑结构学报,2001(2):84-87.
    剧锦三,王芝芳,郭彦林. 索在索-拱结构中的作用[J]. 中国农业大学学报, 2000(2):112-116.
    郭彦林,胡淑辉. 一种新型预应力索-拱结构的弹性稳定性能研究[J]. 空间结构,2005(3):33-38.
    王高宁. 车辐拱的稳定性能研究[D]. 北京:清华大学,2005.
    彭瑾. 预应力加强型钢拱结构的稳定和动力分析[D]. 兰州:兰州理工大学,2008.
    任俊超,张其林,童丽萍. 预应力索拱构件的受力性能研究[J]. 钢结构,2005,20(4):11-14.
    胡淑辉. 索-拱结构的稳定性能研究[D]. 北京:清华大学,2005.
    王江. 索-拱结构平面内弹塑性极限承载力研究[D]. 北京:中国农业大学,2005.
    中华人民共和国住房和城乡建设部. 拱形钢结构技术规程:JGJ/T 249-2011[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2011.
    宋天霞. 非线性结构有限元计算[M]. 武汉:华中理工大学出版社,1996.
    王新敏. ANSYS工程结构数值分析[M]. 北京:人民交通出版社,2007.
    李源,黄华,郭润兰. 基于响应面法的加工中心立柱结构多级多目标参数优化设计[J]. 机械设计,2019,36(11):44-49.
    冯云,陈守开,张政男. 基于响应面分析法的再生骨料混凝土抗压强度影响因素分析[J]. 河南水利与南水北调,2019,48(10):66-69.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  204
  • HTML全文浏览量:  51
  • PDF下载量:  18
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-05
  • 刊出日期:  2020-10-29

目录

    /

    返回文章
    返回