基于抛物线形索—拱结构稳定性能研究

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1、北京工业大学硕士学位论文抛物线形索—拱结构稳定性能研究姓名：范新杰申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：王海忠20070601摘要拱结构具有良好的受力性能和审美价值，经济效益好，是被广泛应用于桥梁工程和结构工程领域的结构型式之一，但拱结构也有不足之处，它在半跨荷载作用下受力性能较差，在外荷载作用下容易失稳。为了更好的改善拱结构的稳定性能，出现了一种将索与拱结合起来的杂交结构形式—索—拱结构，与纯拱结构相比其受力性能提高了很多，在这一新型的结构中由于索的存在有效的控制了拱的变形，因而，结构的刚度和极限承载力都有较大的提高。本文分析了预应力索拱结构的特点和研

2、究现状，对国内外研究成果进行了总结。指出现有的研究侧重于对轴线形式为圆弧形的索一拱结构，根据拱的轴线形式的多样性本文针对拱轴线形式为抛物线形的索—拱结构进行稳定性能研究。拉索布置形式的不同，索—拱结构的造型多种多样。本文选取了将索连接在拱轴线的1／4和3／4处这种形式的抛物线形索—拱结构进行研究，为该结构在实际工程中应用打下了坚实的基础。本文工作的具体内容有：l、针对索一拱结构本文利用ANSYS有限元程序，将结构离散为梁元和索元，对其进行非线性有限元分析，采用牛顿—拉弗森法和弧长法对荷载—位移平衡路径进行跟踪研究，研究了索对结构极限承载力的影响。2、分析了该

3、抛物线形索—拱结构在全跨均布荷载和半跨均布荷载作用下的弹性稳定性能和弹塑性稳定性能，并分别将其与相应的纯拱结构进行比较。从而揭示了抛物线形索—拱结构的受力特性和破坏机理。3、变化抛物线形索—拱结构中的相关参数，如初始预应力、矢跨比、拉索截面等，考察了这些参数变化对抛物线形索—拱结构弹性稳定性能和弹塑性稳定性能的影响。本文运用数值模拟方法对抛物线形索—拱结构在不同荷载工况下的弹性和弹塑性稳定性能进行了较为全面深入的研究，同时探讨了结构参数变化对于结构稳定性能的影响。课题的研究成果对此类结构设计有一定的参考价值。关键词：抛物线形索—拱结构稳定性能极限承载力参数分

4、析ABSTRACTArchesarewidelyusedinbridgeengineeringandstructureengineeringfor也eirgoodloadcarryingcapacity,aestheticvalueandgoodeconomicgains．Butthearchstructureshaveweaknessincarryinghalfspanloads，andthearchsU-uetur∞subjectedtoloadsaleeasytobuckle．Inordertoimprovethestabilitybehaviorso

5、farches，anewtypehybridmnlcturenamedcable-arch刚n'uctureappears．Thecable-archstructurecombinesthearchandthetensilecablesintoallintegratedstructure．Compared嘶ththearchstructure,thecabl砌stmctla'eisimprovedgreatlyincarryingloadcapacity．Inthenc瑁trs劬Icnlr岛thedeformationofarchisgreatlyrestr

6、ainedbycables．SOthatthestiffJaessandultimateloadcarryingcapacitya托significantlyimproved．Uponreviewingdomesticandinternationalliteraturesofthepre-stressedcable·arch剐nlctll他thispaperanalyzedfeaturesofthe鲥nlctI职．Asmostresearchingworksconcentratedoncirculararccabl砌analysis．Thespoolthre

7、adformmul6plici哆whicharches，thepaperresearchstabilityofcable-archwhichthespoolthreadformisparabola—shape．Accordingtothedi‰∞ofthetensilecablesarrangement,thestylesofcable-archstructurearemanyandvaried．Inthispaperselectedhasreignedthecable,connectonarchspoolthread1／4and3／4thiskindofp

8、arabola-shapetmbl砌structur