不同拱轴线内力比较分析.pdf

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1、朱雯等：不同拱轴线内力比较分析63不同拱轴线内力比较分析朱雯，于清桦【1．西安建筑科技大学土木T程学院．西安710055；2．机械-I-业勘察设计研究院．西安710043)【摘要】对抛物线、圆弧以及悬链线拱轴线在不同荷载作用下进行数值模拟，得出拱的压力线与其荷载条件以及线形有直接关系，给出不同荷载作用下拱结构的选形依据。【关键词】拱轴线；数值计算；选形【中图分类号】TU312．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2o12)o9—0063—03CoMPARlSoNANDANALYSISFoRTHElNTERNALFoRCE0lFDⅡFER

2、ENTARCHAXIsESZHUWen，YUQing．hua2(1．DepartmentofCivilEngi．，Xi’anUniv．ofArchitectureandTechnology，Xi’an710055，China；2．ChinaJKInstituteofEngi．InvestigationandDesign，Xi’an710043，China)Abstract：Basedonthenumericalsimulateofparabolic，circulararcandcatenaryarchbridgeaxisondiferentloadc

3、onditions，givetheresultthatthereisadirectrelationshipbetweenthepressurelineofarchandtheloadconditionaswellasthelineshape，andprovidesthebasisfortheselectionofarchstructureondifferentloadconditions．Keywords：archaxis；numericalsimulate；lineshapeselection随着社会经济的发展，大跨结构应用日益增加。拱结荷载取54

4、kN／m，悬链线拱顶荷载取54kN／m2，悬链线拱脚构由于其承载力强、跨度大、节省三材(钢材、木材、水泥)、荷载取270kN／m(拱轴系数为5)。则3种拱轴线形式为：造价低廉、轻型美观等优点，已经广泛应用在现代的各类建筑中。抛物线：Y=等=。=芳拱是以受压为主的结构。当拱在荷载作用下，拱的压圆弧：Y=一l9．5一+19．5力曲线恰与拱轴线完全重合时，则拱上各截面将只产生轴悬链线：Y=3(ch0．1273575x一1)力而不产生弯矩和剪力。此时各截面都处于均匀受压状各轴线线形坐标列于表l，线形关系见图l。态，因而材料能得到充分利用，这是最经济的，因此称

5、这样的拱轴线为合理拱轴线。在确定的荷载作用下，可以用解表1各离散点在各线形中坐标m析法或数值法求出合理拱轴线。1几种合理拱轴线形式(1)竖向均匀荷载作用下的合理拱轴为抛物线，其表达式为：Y=4fx／l。、(2)竖向、水平均匀荷载作用下的合理拱轴线为圆弧，其表达式为：Y=一6一+6，其中，b=1／2f(a+)。(3)填土荷载作用下合理拱轴线为悬链线，其表达式为：，，(ch√-1)，其中，。2拱结构模型建立3拱结构内力分析本文用SAP2000进行建模计算，并做如下假设：①不计(1)竖向均匀荷载作用下各拱结构的弯矩如图2所拱圈自重；②拱圈截面沿拱轴方向在宽

6、度和高度方向均保示，最大、最小弯矩如表2所示。持不变；③拱圈变形为小变形，结构在线弹性范围内工作；分析表明，竖向均匀荷载作用下抛物线拱受力最优，为④不计拱弹性压缩变形影响；⑤结构材料均匀且各向同性。此荷载作用下的合理拱轴线。拱结构取跨度18m，矢高12m。抛物线以及圆弧拱均匀(2)竖向、水平均匀荷载作用下各拱结构的弯矩如图低温建筑技术2012年第9期(总第171期)3所示，最大、最小弯矩如表3所示。表2竖向均匀荷载拱结构最大、最小弯矩kN．m曩表3竖向、水平均匀荷载作用下各轴线形式拱结构最大、最小弯矩kN·m一／一(a)抛物线(b)圆弧(c)m=5的

7、悬链线图2竖向均匀荷载作用下各轴线形式拱结构弯矩对比图(显示比例：2E一6)(a)抛物线(b)圆弧(c)m=5的悬链线图3竖向、水平均匀荷载作用下各轴线形式拱结构弯矩对比图(显示比例：2E一6)分析表明，竖向、水平均匀荷载作用下圆弧拱受力最(3)填土荷载作用下各拱结构的弯矩如图4所示，最优，为此荷载作用下的合理拱轴线。大、最小弯矩如表4所示。(a)抛物线(b)圆弧(e)m=5的悬链线图4填土荷载作用下各轴线形式拱结构弯矩对比图(显示比例：2E一6)表4填土荷载拱结构最大、最小弯矩kN·m4结语(1)拱的压力线与其荷载条件有直接关系。应按结构的荷载条件

8、去选择适当的合理拱轴线。(2)拱的压力线与其线形有直接关系，当线形改变时，压力线也将产生相应的变化。分析表明