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圆拱结构平面外稳定分析方法

2021-02-01王佳佳蒋秀根曹琼琼王宏志

西南交通大学学报 2021年1期
关键词:模态变形结构

丁 敏 ,王佳佳 ,2,蒋秀根 ,曹琼琼 ,3,王宏志

(1. 中国农业大学水利与土木工程学院,北京 100083;2. 北京科技大学后勤管理处,北京 100083;3. 铁总服务有限公司房产建筑管理处,北京 100844)

通常将在面内荷载作用下产生相互耦合面内压弯变形的结构称为拱,将在面外荷载作用下产生相互耦合面外弯扭变形的结构称为曲梁,当轴线为圆弧线时,二者分别称为圆拱与圆曲梁. 圆拱结构由于支座水平推力大大降低了截面弯矩而具有较高的刚度和承载力,广泛应用于各类大跨度桥梁结构和温室结构[1-2]中,如琼州大桥以及我国现代农业中大面积使用的拱棚温室.

圆拱结构由于截面轴压力较高,且一般跨度较大,构件具有较大的长细比,当截面刚度不足时非常容易发生稳定失效. 圆拱结构的平面外失稳涉及面内外受力耦合以及面外弯扭变形耦合,同时还涉及复杂的几何非线性问题,具有大变形、大位移特征.圆拱结构的平面外稳定性能常常决定了圆拱结构的安全性能,因此,寻找圆拱结构平面外稳定分析方法,一直是学者关注的焦点.

圆拱结构平面外稳定分析的有效方法通常有3种:静力法、能量法和有限元法. 静力法是基于圆拱结构平面外变形的静力基本方程,结合边界条件,建立圆拱结构在临界状态下的齐次静力方程,从而求得临界荷载,准确区分微分方程特征,获得正确的挠度方程是其重要环节. 铁摩辛柯[3]给出了特定拱的平面外分岔失稳临界荷载;……

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