倒三角截面空间桁架拱平面外弹塑性稳定设计方法研究

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1、文章编号：1000-4750(2014)09-0071-10倒三角截面空间桁架拱平面外弹塑性稳定设计方法研究赵思远，郭彦林，窦(清华大学土木工程系，北京100084)超摘要：该文研究了倒三角截面两铰桁架拱和固支桁架拱的平面外稳定性能：首先介绍了倒三角形桁架拱的平面外弹性屈曲荷载，此后采用大挠度弹塑性有限元方法，通过引入纯压正则化长细比和纯弯正则化长细比，分别建立了纯压和纯弯桁架拱的平面外弹塑性稳定设计方法。在此基础上，研究了杆件的变形对桁架拱平面外整体稳定性能的影响，并通过两个相关系数将该影响体现在稳定承载力设计方程中。进一步，依

2、据有限元数值计算结果，提出了全跨水平均布荷载或半跨水平均布荷载作用下桁架拱的轴力和弯矩稳定承载力设计方程，供倒三角截面桁架拱平面外稳定性设计。关键词：空间桁架拱；三角形截面；平面外；弹塑性；相关稳定；相关方程中图分类号：TU318文献标志码：Adoi:10.6052/j.issn.1000-4750.2013.03.0236OUT-OF-PLANESTRENGTHANDDESIGNOFSPACETRUSSARCHESWITHTRIANGULARSECTIONSZHAOSi-yuan,GUOYan-lin,DOUChao(Depar

3、tmentofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:Thispaperisconcernedwiththeout-of-planeinelasticstabilityofspacetrussarcheswithtriangularsections.First,theout-of-planeelasticbucklingloadisderived.Afterthat,thenonlinearinelsaticbehaviorsofspacet

4、russarchesunderuniformcompressionanduniformbending,respectively,areinvestigated,andthedesignequationsareobtainedusingthenormalizedslenderness.Effectsofcomponentdeformationontheout-of-planestrengthofspacetrussarchesaresubsequentlystudiedandaccountedforinthedesignequati

5、onswithtwoadditionalparameters.Spacetrussarchessubjectedtofull-spanuniformlydistributedloadsorhalf-spanuniformlydistributedloadsarestudied.BasedonFEMnumericalresults,interactionequationsfortheout-of-planestrengthofspacetrussarchesconsideringthecombinationofcompression

6、andbendingareproposed.Theseinteractionequationscanbeusedfortheout-of-planestrengthdesignofspacetrusseswithtriangularsections.Keywords:spacetrussarch;trianglesection;out-of-plane;inelastic;interactivestability;interactionequation按照截面形式的不同，拱形结构分为实腹式拱、平面桁架拱和空间桁架拱，如图1所示。后

7、两者由于将拱截面的弯矩转化为杆件的轴力而具有更高的承载力，因此广泛应用于大跨度结构中。与实腹式截面拱类似，桁架拱同样会发生整体失稳，包括平面内与平面外整体失稳。此外，桁架拱还存在构件失稳以及构件与整体失稳之间的相关作用。自Timoshenko和Gere[1]提出纯压实腹式拱和———————————————收稿日期：2013-03-22；修改日期：2013-10-29基金项目：国家自然科学基金项目(51278273)；北京市自然科学基金项目(8132036)；2012年度高等学校博士学科点专项科研基金项目(2012000211000

8、1)；中国博士后科学基金面上项目(2012M510457)通讯作者：郭彦林(1958―)，男，陕西富平人，教授，博士，从事钢结构稳定性和钢结构施工技术方面的研究(E-mail:gyl@tsinghua.edu.cn).作者简介：赵思远(1988―)