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本文论述了索拱结构的二阶弹塑性分析,主要完成了以下工作:
首先,从概念上说明了索拱结构的结构特征、力学性能以及钢结构计算理论的研究进展情况。其次,利用稳定函数考虑梁单元的二阶效应,对梁单元的坐标转换矩阵进行详细的讨论,采用U.L.法考虑杆单元和索单元。总结了二阶弹塑性分析方法,采用精细化弹塑性铰法考虑梁单元的弹塑性,讨论了几何缺陷的处理方式,并给出了以经典的稳定函数表达的考虑杆件初始弯曲的梁单元切线刚度矩阵。采用Newton—Raphson迭代法求解非线性平衡方程,依据理论编写了索拱结构的二阶弹性和二阶弹塑性分析程序,分别验证了弹性梁单元、杆单元、索单元及弹塑性梁单元的可靠性。利用本程序对索拱结构进行二阶弹性分析,将均布荷载简化到撑杆上的节点与ANSYS计算得到的均布荷载下顶点荷载.位移曲线相吻合。考虑不同杆件初始缺陷幅值时索拱结构的非线性稳定分析,得出杆件初始弯曲对索拱结构的非线性承载力影响较大的结论。对索拱结构进行二阶弹塑性分析,得出整体初始缺陷对结构的极限承载力影响不大的结论。
最后,利用本文所编程序对索拱结构的二阶弹塑性进行了详细的分析,讨论了垂跨比、高跨比、弦的预应力和面积对结构承载力、拉索应力、撑杆应力的影响。并得出索拱结构对不对称荷载较敏感,改变拉索的张拉力对索拱结构的极限承载力影响较小;索拱结构的极限荷载与垂跨比、高跨比和索的面积基本呈线性关系。垂跨比、高跨比和索的面积及张拉力越大,结构在破坏时的位移越小等结论。