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半圆形钢拱的空间稳定性试验（6页）.pdf下载

  • 大小：216KB
  • 上传人：奢求
  • 文件格式：..pdf
  • 类别：建筑
  • 点击： 3次
  • 更新时间：2019-11-25
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    半圆形钢拱的空间稳定性试验
    陈宝春，刘振宇，孙 潮 编译
    （福州大学土建学院，福建 福州 350002 ）
    摘 要：该文进行了半圆形钢拱在拱顶承受集中荷载作用下的非弹性稳定试验。目的
    是通过试验数据对有限元分析程序进行校正。试验拱的拱肋为宽翼薄壁工字钢，跨度6 m。
    建立了
    一
    套测试装置以减少支承点和加载时产生的摩擦力对破坏荷载的影响，同时通过精确
    地测量拱的初始缺陷来准确地模拟试验，初步的有限元分析结果与模型拱在试验中的受力行
    为吻合良好。
    关键词：钢拱；稳定；试验；有限元分析
    收稿日期：2004
    -
    03
    -
    10
    钢拱在桥梁、大型建筑物等工程结构中得到广泛
    的应用。拱的形状应与它所承受的荷载相协调，例如，
    抛物线拱适用于承受竖向均布荷载，而其空间稳定性
    （或者说平面外稳定）常通过相邻拱肋之间的横撑来保
    证。近年来，美学上的要求常使得工程师采用非理想
    拱轴线的拱结构，有时则采用单肋拱。在这种情况下，
    其空间稳定不是通过横撑，而是必须由拱肋本身的抗
    侧刚度和抗扭刚度来保证。本文旨在研究拱顶受集中
    荷载作用下的宽翼薄壁钢圆形两铰拱的非弹性稳定问
    题，并通过试验数据对有限元分析程序进行校正。
    ! 试验方案
    本文所研究的圆弧拱在拱顶受集中荷载的作用，
    拱肋截面有3 种形式。对于每
    一
    种截面，模型拱跨度
    均相同，但弦角从90
     
    !
    180
     
    变化（图1 ）。对每
    一
    种弦
    角情况进行多次试验，详细试验方案见表1 。本文将
    讨论 第
    一
    个 试 验 方 案，即 半 圆 形 拱，该 拱 截 面 为
    HEA100 ，跨度6 m。
    图! 试验加载图
    表! 试验方案
    弦角／
    测试的构件
    HEA100 HEB300
    !
    HEB600
    !
    90 5 1 1
    110 2
    — —
    135 2 1 1
    160 2
    — —
    180 5 2 2
    注：!表示与 HEA100 截面高度成比例的截面
    !.! 加载情况
    模型拱为面内两铰拱，面外固定。在支座处，不允
    许沿纵向轴线的扭转和横截面的翘曲。
    在拱顶截面的形心处加载，
    一
    旦拱产生侧向变形，
    加载点与支座间的连线将与竖直平面存在夹角（图
    1 ）。这种荷载方式类似于侧向刚度无穷大的悬挂结构
    （例如桥面板和屋面结构）。
    平面内的弯矩值由公式（1 ）给出，弯矩图见图2 。
    公式（1 ）中，假设拱是不可拉伸的，这种假设对深拱来
    说是可行的。最大的弯矩值产生在拱顶，其次产生在
    与拱脚成32 .5
     
    夹角处（图2 ）。
    M（!）
    —
    FR
    1
    2
    一cos!
    2
    一
    （ ）
    si n!
    R
    （1 ）
    式中：R 为圆弧半径；F 为施加的荷载；!为截面与拱
    脚的夹角。
    !." 材料
    根据EN 10025（1993 ）规范，采用S235JRG2 钢

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