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《压弯钢管拱极限承载力计算的等效梁柱法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第26卷第1期计算力学学报Vol.26,No.12009年2月ChineseJournalofComputationalMechanicsFebruary2009文章编号:100724708(2009)0120087207压弯钢管拱极限承载力计算的等效梁柱法3韦建刚,陈宝春,吴庆雄(福州大学土木工程学院,福州350108)摘要:对抛物线完善的和具有初始几何缺陷的钢管拱,应用双重非线性有限元方法,分析了其在拱顶集中力和非对称分布荷载作用下的失稳特性,提出了以GB5001722003的轴力2弯矩相关方程为基本计算公式、采用考虑矢跨比因素的稳定系数和缺陷折
2、减系数的等效梁柱法,与双重非线性有限元计算结果比较表明,这种等效梁柱法可方便且较精确地计算抛物线压弯钢管拱的极限承载力。关键词:钢管拱;压弯;极限承载力;等效梁柱法;初始几何缺陷;双重非线性中图分类号:TU31112文献标识码:A[7]重新回到纯压钢管拱,分析发现用等效柱法计1引言算其非线性临界荷载时,不能直接采用柱的稳定系抛物线拱在均布荷载作用下,在不计拱轴线压数,在稳定系数中还应该考虑拱的矢跨比和初始几缩的影响时,截面上仅存在轴力,为纯压拱;而在非何缺陷的影响。为此,在现有的等效柱法中引入了均布荷载作用时,截面上同时存在轴力与弯矩的作考虑矢跨比因
3、素的稳定系数K1和考虑初始几何缺[1]用,为压弯拱。为了预估考虑几何和材料非线性陷的折减系数K2。后的压弯拱的非线性临界荷载,常采用概念清晰、本文将文献[7]的研究成果推广至抛物线钢[2]形式简单的等效梁柱法。所谓等效梁柱法,是将管压弯拱,在运用考虑双重非线性有限元分析的基压弯拱等效成偏压柱,然后利用偏压构件的弯矩2础上,分析了压弯拱的失稳形式和极限承载力,提轴力相关公式求得相应拱截面的内力,最后利用外[8]出了以GB5001722003的轴力2弯矩相关方程为[3]力与内力的关系反算拱的非线性临界荷载。文基本计算公式、采用考虑矢跨比因素的稳定系数和献
4、[4]针对非对称分布荷载下的钢拱提出了较为复缺陷折减系数的等效梁柱法,并通过算例分析了这杂的轴力2弯矩相关方程式;文献[5,6]提出了以退种方法的计算精度。化系数和修正的轴力2弯矩相关方程的计算公式;2计算参数文献[3]提出了将拱等效成偏压柱后,采用规范规定的偏压柱的轴力2弯矩相关公式进行计算的方设抛物线无铰拱的跨径为L,矢高为f,拱肋法,分析结果表明这种方法估算的极限荷载的变化钢管直径为D,壁厚为t,长细比为L/rx(rx为断面规律与有限元计算结果的规律相同,但对于不同荷二次半径,rx=I/A,Is为断面二次惯矩,As为断载工况和不同结构参数情况下
5、两者的差值并不完面积)。钢材弹性模量Es,屈服强度fs。拱的计算参全相同,说明它还不能很准确地反映管拱的曲线几数范围:长细比L/rx=100～500矢跨比f/L=何特性和结构受力特性。011～015。钢管的材料非线性采用了两折线计算为了更准确地预测管拱的极限承载力,文献模型,屈服后的刚度为Es/100。非线性有限元分析收稿日期:2007201205;修改稿收到日期:20082042161采用基于三维纤维模型梁单元双重非线性分析程基金项目:国家自然科学基金(50778043);福建省教育厅[9]序NL_Beam3D。加载形式考虑了两种典型的加科技项目(
6、JA07014)资助项目1作者简介:韦建刚3(19712),男,博士,副研究员载方式,即拱顶集中力和半跨活载p加全跨恒载q(E2mail:weijg@fzu.edu.cn);的非对称分布荷载,如图1所示。陈宝春(19582),男,博士,教授,博士生导师;吴庆雄(19732),男,博士,副研究员.本文的研究中结构的初始几何缺陷采用一致©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net88计算力学学报第26卷312拱顶集
7、中力作用下钢管拱的极限承载力计算的等效梁柱法以下讨论统一将荷载2位移曲线中第一次出现的峰值点处荷载作为拱的极限荷载。图1加载形式为了能简单地预估钢管拱的极限荷载,本文采Fig.1Loadcases用了等效梁柱法。对于纯压拱,可以直接采用等效柱法进行计算,即缺陷模态法来考虑,即采用无铰拱面内第一阶反对N/φxfsAs=1(1)称失稳形式,以四分点为最大幅值点,采用[10]文献[7]发现,当采用等效柱法计算纯压拱的y0/y0,L/4=sin2πx/L的函数形式(其中y0为拱非线性极限荷载时,不能单纯地采用柱的稳定系轴线的竖向坐标,x为水平坐标,y0,L/
8、4为拱轴线的数,而应考虑矢跨比因素的影响,从而提出了考虑L/4点竖向坐标,亦所谓缺陷幅值,可用e=矢跨比因素
