平面索拱的雙重非線性分析.pdf

1、索拱結(jié)構(gòu)作為一種新型的空間結(jié)構(gòu),是上弦剛性拱和下弦柔性拉索通過(guò)撐桿在若干點(diǎn)相連形成的組合結(jié)構(gòu)。索拱結(jié)構(gòu)的研究是空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域熱點(diǎn)課題之一?？臻g索拱結(jié)構(gòu)一般是由數(shù)榀平面索拱結(jié)構(gòu)縱橫交錯(cuò)布置而成,平面索拱結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能起著至關(guān)重要的作用,因此對(duì)平面索拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究是十分必要的。本文基于非線性有限元理論對(duì)平面索拱進(jìn)行考慮其幾何和材料雙重非線性的精確分析,確定其極限承載力,對(duì)于索拱結(jié)構(gòu)體系的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。 本文回顧了索

2、拱結(jié)構(gòu)的組成、分類、特征及應(yīng)用與研究現(xiàn)狀,并且簡(jiǎn)要描述了曲梁的研究進(jìn)展及分類,旨在將曲梁理論引入劍索拱結(jié)構(gòu)的研究中。 平面索拱結(jié)構(gòu)屬于半剛性結(jié)構(gòu),研究其極限承載力需要考慮幾何和材料雙重非線性?；谔撐灰圃?利用位移應(yīng)變關(guān)系及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系形成非線性單元切線剛度矩陣。采用普朗特-路斯塑性流動(dòng)增量理論,形成塑性區(qū)模型的彈塑性矩陣。對(duì)于結(jié)構(gòu)的非線性分析,采用Newton-Raphson荷載控制法。使用C++語(yǔ)言編寫了平面索拱結(jié)構(gòu)的雙重

3、非線性分析程序。 采用多項(xiàng)式位移模式,用TL格式建立可以考慮幾何和材料雙重非線性的曲梁?jiǎn)卧?。推?dǎo)了曲梁?jiǎn)卧那芯€剛度矩陣、等效節(jié)點(diǎn)荷載及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣等。與曲梁?jiǎn)卧愃?也采用TL格式推導(dǎo)了桿和索單元的切線剛度矩陣和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。通過(guò)算例分析驗(yàn)證了自編程序的彈性曲梁?jiǎn)卧椝苄郧簡(jiǎn)卧?、桿單元及索單元的正確性,并用平面索拱結(jié)構(gòu)算例驗(yàn)證了自編程序的正確性。 利用本文程序?qū)ζ矫嫠鞴敖Y(jié)構(gòu)的極限承載力進(jìn)行了詳細(xì)分析,討論了形狀比、

4、拉索面積和拉索張拉力對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力、撐桿應(yīng)力和拉索應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：在半跨荷載作用下,各參數(shù)對(duì)平面索拱結(jié)構(gòu)的極限承載力影響均不大。形狀比一定,對(duì)不同高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)極限承載力的影響進(jìn)行了討論,結(jié)果表明：無(wú)論全跨荷載還是半跨荷載作用下,高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)的整體剛度沒(méi)有影響；但在全跨荷載作用下,高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)的極限承載力影響較大。形狀比的大小影響結(jié)構(gòu)整體剛度；在全跨荷載作用下,形狀比能夠較大幅度提高結(jié)構(gòu)的極限承載力。增大拉索面積能提高結(jié)構(gòu)整體剛度、