几何缺陷和局部损伤对钢拱平面内稳定性影响研究

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1、广州大学硕士学位论文几何缺陷和局部损伤对钢拱平面内稳定性影响研究专业：建筑与土木工程硕士生：肖阳指导教师：黄永辉、张石波摘要拱结构以其优美的造型和良好的受力性能在工程实践中得到了广泛的应用，其稳定性研究一直受到学界重视。然而，由于设计不当和施工误差等原因造成拱轴线的偏差，导致拱结构产生一定程度的几何缺陷，以及暴露于外部腐蚀环境中，因环境锈蚀等原因引起的局部损伤，都对拱结构的稳定性有很大的影响。有鉴于此，本文推导了考虑初始几何缺陷条件下的圆弧拱平面内非线性稳定理论，并结合实际工程中常见的钢管抛物线

2、拱，采用有限元模拟的方法对含局部损伤的钢管抛物线拱在轴压及压弯作用下的平面稳定承载力问题进行了系统的研究，具体研究内容如下：（1）通过一致缺陷模态法假定拱轴线偏差引起的几何缺陷分布方式为反对称几何缺陷和正对称几何缺陷。通过考虑缺陷的轴向应变和曲率，结合能量法将缺陷考虑到拱面内屈曲的能量方程中，从而得到含几何缺陷下的平衡微分方程。采用能量变分原理和摄动法求解含几何缺陷下的平衡微分方程，并且求解了考虑反对称几何缺陷和正对称几何缺陷的圆弧拱在集中力作用下的非线性稳定曲线，追踪了其在整个受力过程中的变形

3、形态和失稳状态，而且计算结果都得到了有限元的验证。（2）采用大型通用有限元软件Ansys建立局部损伤钢管抛物线拱模型，并且结合本文推导的拱结构非线性缺陷稳定理论，分析得到拱结构的正对称和反对称屈曲模态，再而研究主要损伤参数即：损伤位置、损伤深度、损伤长度对稳定系数的影响。（3）针对不同矢跨比和长细比模型，考虑几何非线性和材料非线性的影响，研究了全跨竖向均布荷载作用下含局部损伤的钢管抛物线拱平面内非线性稳定承载力。结合中国钢结构规范中轴压柱的稳定承载力计算方法和Pi等人提出的修正的正则化长细比概念

4、，提出了适合轴压作用下钢管抛物线拱的稳定系数计算公式。（4）通过不同荷载作用下钢管抛物线拱的数值模拟，提出了钢管抛物线拱在压弯作用下平面内稳定设计公式。该公式引入了损伤位置和损伤程度的综合修正因子、，I几何缺陷和局部损伤对钢拱平面内稳定性影响研究而且还考虑了矢跨比、长细比和初始缺陷等因素影响下轴力和弯矩的修正因子和，anam能有效对钢管抛物线拱的稳定承载力进行评估，最后通过有限元模型的数值计算结果对该设计公式的正确性进行了验证。关键字：钢拱结构；初始缺陷；局部损伤；稳定性；极限承载力II

5、广州大学硕士学位论文EffectofGeometricImperfectionsandLocalDamageonIn-planeStabilityofSteelArchMajor:ArchitectureandCivilEngineeringName:YangXiaoSupervisor:Yong-HuiHuang、Shi-BoZhangAbstractArchstructurehasbeenwidelyappliedinengineeringpracticeduetoitsbeautifuls

6、hapeandgoodmechanicalproperties.Itsstabilityhasalwaysbeenvaluedbyacademiccircles.However,duetothedeviationofthearchaxisduetoimproperdesignandconstructionerror,thegeometricdefectsofthearchstructure,aswellasthelocaldamagecausedbyenvironmentalcorrosioni

7、ntheexternalcorrosionenvironment,haveagreatinfluenceonthestabilityofthearchstructure.Inviewofthis,thispaperderivesthenonlinearstabilitytheoryofthecirculararcarchundertheconditionofinitialgeometricimperfections,combinesthecommonsteelpipeparabolicarchi

8、ntheactualproject.Theexperimentalverificationandfiniteelementsimulationareusedtostudytheplanestabilitybearingcapacityoftheparabolicarchwithlocaldamageunderaxialpressureandbending.Asfollows:(1)Theuniformdefectmodemethodassumesthatthedistributionofgeom