目前,復(fù)雜邊界和復(fù)雜荷載條件下,拱的平面外失穩(wěn)定機(jī)理尚不明確,特別是剪切變形對拱面外失穩(wěn)的影響并未受到關(guān)注,為拱結(jié)構(gòu)的使用留下了隱患,制約了拱的廣泛應(yīng)用。為完善拱的穩(wěn)定理論體系,拓寬其使用范圍,本文基于彈性力學(xué)原理,針對圓弧拱的平面外靜、動力穩(wěn)定性問題展開了系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究,具體如下:(1)建立了考慮剪切變形的圓弧拱平面外穩(wěn)定分析的應(yīng)變函數(shù)。求解了拱面外失穩(wěn)前精確軸力和彎矩解;構(gòu)建了新的平面外穩(wěn)定能量方程,闡明了拱在發(fā)生面外失穩(wěn)過程中面內(nèi)荷載不直接參與做功;推導(dǎo)了拱平面外失穩(wěn)臨界荷載計算公式,分析了剪切變形、圓心角等參數(shù)對拱面外失穩(wěn)的影響。(2)建立了圓弧拱的復(fù)雜約束和復(fù)雜荷載條件的數(shù)學(xué)模型。推導(dǎo)了拱發(fā)生面外失穩(wěn)前的軸力、彎矩計算公式以及面外失穩(wěn)臨界荷載解析解,揭示了拱的面外失穩(wěn)與其面內(nèi)彈性轉(zhuǎn)動約束柔度和平面外約束剛度參數(shù)、外荷載作用位置、圓心角、長細(xì)比的內(nèi)在關(guān)系。(3)提出了環(huán)境溫度下拱的面外失穩(wěn)分析方法。推導(dǎo)了圓弧拱在環(huán)境溫度和外力耦合作用下拱的熱軸力、熱彎矩以及平面外失穩(wěn)臨界溫差解析解,研究了環(huán)境溫度場整體升溫對拱平面外失穩(wěn)臨界荷載的影響,論證了無外荷載下環(huán)境溫度場整體升溫導(dǎo)致拱發(fā)生平面外失穩(wěn)的可能性。(4)提出了長期效應(yīng)下鋼管混凝土(CFST)拱平面外穩(wěn)定設(shè)計方法�？紤]核心混凝土收縮和徐變影響,推導(dǎo)了鋼管混凝土拱在均布荷載以及集中力作用下,拱面外彈性失穩(wěn)臨界荷載,獲得了混凝土齡期與拱面外失穩(wěn)臨界荷載的關(guān)系曲線,分析了拱混凝土齡期、持荷齡期、長細(xì)比、矢跨比、含鋼量等對面外失穩(wěn)臨界荷載的影響,提出了 CFST拱平面外穩(wěn)定極限承載力設(shè)計公式。(5)揭示了拱發(fā)生面外參數(shù)共振失穩(wěn)機(jī)理。構(gòu)造了 Mathieu-Hill形式的拱平面外動力失穩(wěn)方程組,獲得了拱平面外參數(shù)共振動力不穩(wěn)定區(qū)域,求解了拱發(fā)生參數(shù)振動時的非線性振動模式及拱最大變形幅值;完成了拱面外動力失穩(wěn)激振實驗,繪制了拱面外動力不穩(wěn)定區(qū)域分布圖,闡明了拱面外動力失穩(wěn)特征及失穩(wěn)模態(tài),揭示了拱結(jié)構(gòu)發(fā)生動力失穩(wěn)破壞的變化規(guī)律與機(jī)理。
【學(xué)位單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU398.9
【部分圖文】：

（ｃ）上海盧浦大橋?（ｄ）重慶朝天門大橋??圖１－１拱在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用??，．，Ｊ?．??（ａ）拱形屋蓋?（ｂ）弧形閘門??ｒ?｜＊Ｅｌ４＊／?｜??ｆ?＾?ｊ??＾Ｓｉ?ｉ???嫿Ｗ?：：?ｉ￡－??（Ｃ）拱形吊臂??圖１－２拱在其他結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用??在建筑結(jié)構(gòu)工程中，拱常應(yīng)用于拱形屋蓋（圖ｌ－２ａ），如我國國家大劇院以及南通??體育館的殼體屋蓋、國外鄂爾多斯東勝體育場索拱屋都采用了拱結(jié)構(gòu)。拱在水利工程和??機(jī)械工程也有相當(dāng)程度的應(yīng)用，如弧形閘門（圖ｌ－２ｂ）、曲桿組合構(gòu)件、廠房圓弧懸掛??吊車梁和汽車油缸零件等。此外，拱在航天工程中也得到了應(yīng)用，例如國際空間站數(shù)十??米長的弧形機(jī)械臂（圖ｌ－２ｃ）、大面積弧形太陽能帆板等。??拱在外荷載作用下產(chǎn)生軸力、彎矩和剪力，并且隨著外荷載增大，這些內(nèi)力增大到??一定極限而使拱發(fā)生強(qiáng)度或失穩(wěn)破壞。當(dāng)拱失穩(wěn)破壞的內(nèi)力極限值小于拱強(qiáng)度破壞的內(nèi)??力極限值時，失穩(wěn)破壞會成為拱設(shè)計中的關(guān)鍵問題另外，隨著鋼材冶煉技術(shù)的提高，??２??

?ｉ￡－??（Ｃ）拱形吊臂??圖１－２拱在其他結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用??在建筑結(jié)構(gòu)工程中，拱常應(yīng)用于拱形屋蓋（圖ｌ－２ａ），如我國國家大劇院以及南通??體育館的殼體屋蓋、國外鄂爾多斯東勝體育場索拱屋都采用了拱結(jié)構(gòu)。拱在水利工程和??機(jī)械工程也有相當(dāng)程度的應(yīng)用，如弧形閘門（圖ｌ－２ｂ）、曲桿組合構(gòu)件、廠房圓弧懸掛??吊車梁和汽車油缸零件等。此外，拱在航天工程中也得到了應(yīng)用，例如國際空間站數(shù)十??米長的弧形機(jī)械臂（圖ｌ－２ｃ）、大面積弧形太陽能帆板等。??拱在外荷載作用下產(chǎn)生軸力、彎矩和剪力，并且隨著外荷載增大，這些內(nèi)力增大到??一定極限而使拱發(fā)生強(qiáng)度或失穩(wěn)破壞。當(dāng)拱失穩(wěn)破壞的內(nèi)力極限值小于拱強(qiáng)度破壞的內(nèi)??力極限值時，失穩(wěn)破壞會成為拱設(shè)計中的關(guān)鍵問題另外，隨著鋼材冶煉技術(shù)的提高，??２??

為拱的角坐標(biāo)，ｃ為荷載區(qū)域分布角，尺、＆?Ｚ、／和２０則分別為拱的、矢高和圓心用，ｇ為拱的外力荷載，Ｖ、Ｗ和Ｗ分別為徑向位移、軸向，ｗ和％分別為截面Ｘ和＞■方向的轉(zhuǎn)角，＜９、．、４，和＜９分別為剪切角和采用能量法以及Ｒｉｔｚ法求解拱考慮剪切變形后的平面外失穩(wěn)臨界荷載。旋轉(zhuǎn)矩陣，構(gòu)造拱考慮剪切變形影響的新曲率函數(shù)和新應(yīng)變函數(shù)，代入程當(dāng)屮，求解拱失穩(wěn)前的軸力、彎矩和剪力。然后，把軸力、彎矩和剪外能量方程當(dāng)屮，采用Ｒｉｔｚ法，求解拱的平面外失穩(wěn)臨界荷載。最后，穩(wěn)臨界荷載解析解與有限兒結(jié)果進(jìn)行比較，證叨考慮剪切變形的拱平面確性。??曲率和應(yīng)變函數(shù)??軸轉(zhuǎn)換和曲率推導(dǎo)??的平面外穩(wěn)定性研究中，重新推導(dǎo)曲率和應(yīng)變函數(shù)是十分重要的，曲率確表達(dá)直接影響到后面計算結(jié)果的精度。在以往的研宄當(dāng)中，采用忽略
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 雷啟榮;;“點到平面距離”的幾種求法[J];雅安教育學(xué)院學(xué)報;2000年01期

2 王忠艷;李廣才;;框架梁平面外錨固問題分析[J];山西建筑;2017年25期

3 凌志峰;;試析樓面梁與墻平面外的連接處理[J];科技致富向?qū)?2015年06期

4 楊信超;;空間中兩相交平面外兩點的位置關(guān)系[J];高等函授學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年02期

5 丁延齡,樓曾德;500千伏變電構(gòu)架A字柱平面外的穩(wěn)定性問題[J];甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1988年04期

6 徐國林;劉安祿;;500kV鋼管變電構(gòu)架A字柱平面外的穩(wěn)定分析與內(nèi)力計算[J];電力建設(shè);1988年09期

7 安亭錚;王欣;黎偉福;曹旭陽;高順德;;帶有腰繩的履帶起重機(jī)臂架系統(tǒng)平面外穩(wěn)定性分析與研究[J];建筑機(jī)械;2015年09期

8 孟龍飛;葉燕華;周小方;郝杰;方愛斌;;連接方式對填充墻平面外性能的數(shù)值模擬分析[J];新型建筑材料;2015年09期

9 李維濱;呂志濤;石開榮;;張弦桁架施工階段平面外穩(wěn)定性研究[J];施工技術(shù);2006年03期

10 周鵬;;屏蔽墻構(gòu)件中拉筋的平面外抗剪作用分析[J];工業(yè)建筑;2017年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 盧漢文;圓弧拱平面外穩(wěn)定性研究[D];廣州大學(xué);2018年

2 趙思遠(yuǎn);鋼管桁架拱和實腹式拱的平面外穩(wěn)定性能及設(shè)計方法[D];清華大學(xué);2014年

3 竇超;鋼拱平面外穩(wěn)定性能及設(shè)計方法[D];清華大學(xué);2012年

4 陳盈;鋼筋混凝土梁—薄墻平面外連接節(jié)點抗震性能分析[D];北京交通大學(xué);2009年

5 鄭宏;工形截面鋼構(gòu)件在循環(huán)荷載作用下平面外相關(guān)屈曲分析及抗震設(shè)計對策[D];西安建筑科技大學(xué);2001年

6 程云;砌塊填充墻平面外抗震性能的試驗與理論研究[D];大連理工大學(xué);2011年

7 浮廣明;新型節(jié)能頁巖燒結(jié)砌塊結(jié)構(gòu)受力性能及設(shè)計方法研究[D];西安建筑科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 林歆昊;拱形管桁架結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定性及設(shè)計方法研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2018年

2 張豪杰;基于離散單元法墻體平面外受力性能分析[D];武漢理工大學(xué);2015年

3 李明;側(cè)向支撐對腹板開洞型圓弧鋼拱平面外穩(wěn)定性能影響的研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2014年

4 梁勇;鋼管混凝土拋物線拱平面外穩(wěn)定性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 石睿;平行組拼雙拱肋系平面外彈塑性穩(wěn)定性及計算方法[D];廣州大學(xué);2015年

6 陳丹;鋼筋混凝土梁墻節(jié)點平面外受力性能研究[D];北京交通大學(xué);2006年

7 楊書靈;梁—墻節(jié)點的平面外受力性能分析[D];北京交通大學(xué);2008年

8 王騰飛;具有多點柔性支撐結(jié)構(gòu)的起重臂平面外穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

9 魏亞慶;門式剛架斜梁平面外計算長度取值的研究[D];北京交通大學(xué);2008年

10 賈洪波;配筋砌塊砌體粘鋼增強(qiáng)后平面外偏壓承載性能試驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號：2865904