考虑局部屈曲的腹板开洞拱平面外稳定性能及设计方法研究

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近些年来,腹板开洞拱由于其外型美观、受力性能好、承载效率高,在实际工程中的应用越来越广泛。腹板开洞拱结合了开洞构件以及拱受力特点,其平面外稳定性能较为复杂,并缺乏相应的规范指导。目前对腹板开洞钢拱平面外稳定性能的研究还处于不允许板件发生局部屈曲的阶段,无法利用板件的屈曲后强度。因此,本文对考虑局部屈曲的腹板开洞钢拱进行了系统的研究,基于理论推导与有限元数值法,提出了考虑局部屈曲时腹板开洞拱的平面外稳定承载力设计方法。具体完成的工作如下所示:(1)研究了当考虑局部屈曲时,在均匀受压以及均匀受弯作用下,几何初始缺陷、几何参数、截面参数以及孔洞参数对腹板开洞拱平面外稳定性能的影响规律;引入正则化长细比以及正则化腹板高厚比,在此基础上考虑局部屈曲的作用,引入折减系数,推导出考虑局部屈曲时腹板开洞拱的平面外稳定系数公式,并提出均匀受压以及均匀受弯作用下考虑局部屈曲的腹板开洞拱平面外稳定承载力设计公式。(2)研究了当考虑局部屈曲时开洞拱在压弯组合作用下的屈曲模态以及影响因素,并基于均匀受压与均匀受弯的平面外稳定系数公式,提出在压弯组合作用下考虑局部屈曲的腹板开洞拱平面外稳定承载力设计公式。(3)研究了考虑局部屈曲时有面外支撑腹板开洞钢拱的弹性稳定性能;钢拱弹性屈曲荷载随刚度系数的变化规律;以及支撑位置、数量、间距、几何参数及拱脚条件等因素对钢拱弹性屈曲荷载、支撑门槛刚度的影响规律。
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