论文中文题名: | 矩形截面钢管空腹桁架圆弧拱平面外稳定性分析 |
姓名: | |
学号: | 20204053035 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 081406 |
学科名称: | 工学 - 土木工程 - 桥梁与隧道工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工学硕士 |
学位年度: | 2023 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 桥梁与隧道理论及技术 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2023-06-12 |
论文答辩日期: | 2023-06-03 |
论文外文题名: | Out-of-Plane Stability Analysis of Rectangular Section Steel Tubular Vierendeel Truss Circular Arches |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Vierendeel truss arches ; out-of-plane stability ; torsional stiffness ; elastic buckling load ; inelastic buckling load ; out-of-plane strength design method |
论文中文摘要: |
空腹桁架圆弧拱只存在与弦杆垂直的腹杆,不设置传统桁架拱中常见的斜腹杆,因此具有更好的美观性和透光性。目前,空腹桁架拱在桥梁、体育场和机场等空间结构中具有较好的应用前景。本文对不带斜腹杆的矩形截面钢管空腹桁架圆弧拱的平面外弹性和弹塑性屈曲性能开展了系统研究,可为类似结构的稳定性设计提供参考。主要研究内容如下: (1)推导了铰接空腹桁架圆弧拱截面弯曲刚度、截面剪切刚度和截面扭转刚度的理论公式。研究发现,加入杆件的扭转刚度可以显著提高空腹桁架拱的截面扭转刚度,其计算结果与有限元吻合较好。然后,利用平衡定理和数值拟合分别计算了铰接和固支空腹桁架拱的平面外弹性屈曲荷载。研究结果表明,在这两种情况下,平面外弹性屈曲荷载与腹杆-弦杆刚度比密切相关。此外,剪切变形对固支空腹桁架拱平面外整体屈曲荷载的影响不可忽视。 (2)研究了全跨均布径向荷载和两端纯弯荷载作用下空腹桁架圆弧拱平面外破坏机理。研究结果表明:全跨均布径向荷载作用下空腹桁架圆弧拱可采用中国钢结构设计规范(GB50017-2020)或欧洲规范3(Eurocode 3)中的a类稳定曲线进行平面外稳定设计。两端纯弯荷载作用下空腹桁架圆弧拱可采用欧洲钢结构协会ECCS中受弯梁的稳定曲线进行平面外稳定设计,设计过程中,亦可以直接将纯弯稳定系数取为1.0。 (3)研究了全跨均布竖向荷载和半跨均布竖向荷载作用下空腹桁架拱平面外破坏机理。研究结果表明:针对整体破坏模式,建议采用整体轴力与弯矩相关设计公式对空腹桁架拱进行平面外整体稳定承载力设计验算。针对局部破坏模式,选择弦杆局部破坏模式作为设计期望的局部破坏模式。此外,建议采用轴力与弯矩的强度设计公式对局部破坏进行稳定承载力验算,提出的设计公式经有限元验证具有很好的可靠性。 |
论文外文摘要: |
The Vierendeel truss circular arches has only a belly bar perpendicular to the string bar, and does not set the common inclined belly bar in the traditional truss arch, so it has better aesthetics and light transmission. At present, Vierendeel truss arches has a good application prospect in bridge, stadium, airport and other spatial structures. In this paper, the outside plane elastic and elastoplastic buckling properties of rectangular steel tubular Vierendeel truss circular arches structure without inclined belly bar are systematically studied, which can provide reference for the stability design of similar structures. The main research contents are as follows: (1) The theoretical formulas of bending stiffness, shear stiffness and torsional stiffness of the circular arch section of pin-ended Vierendeel truss arches. It is found that the torsional rigidity of the Vierendeel truss arches can be significantly improved by adding the torsional rigidity of the bar, and the calculated results are in good agreement with the finite element method. Then, the external elastic buckling loads of pin-ended and end-fixed Vierendeel truss arches are calculated by means of equilibrium theorem and numerical fitting. The results show that in both cases, the out-of-plane elastic buckling load is closely related to the ratio of abdominal string-chord stiffness. In addition, the influence of shear deformation on the overall buckling load outside the plane of the end-fixed Vierendeel truss arches cannot be ignored. (2) The out-of-plane failure mechanism of the arc arch of the Vierendeel truss arches under the uniform radial load of the whole span and the pure bending load at both ends is studied. The results show that the Vierendeel truss circular arches under the full span uniform radial load can be designed by using the Class a stability curve of the Chinese Code for Steel Structure Design (GB50017-2020) or Eurocode 3. Under the action of pure bending load at both ends, the Vierendeel truss circular arches can be designed with the stability curve of the bending beam in the ECCS, and the stability coefficient of pure bending can be taken as 1.0 directly during the design process. (3) The failure mechanism of the Vierendeel truss arches outside plane under full-span uniform vertical load and half-span uniform vertical load is studied. The results show that: according to the overall failure mode, it is recommended to use the design formula of the overall axial force and bending moment to check the design calculation of the overall stability bearing capacity of the Vierendeel truss arches. In view of the local failure mode, string local failure mode is selected as the desired local failure mode. In addition, it is suggested to use the strength design formula of axial force and bending moment to check the stability bearing capacity of local failure. The proposed design formula has good reliability verified by finite element method. |
参考文献: |
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中图分类号: | TU323.4 |
开放日期: | 2023-06-12 |