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钢管混凝土拱结构面内稳定性有限元分析研究

汪优

  随着国民经济的发展,越来越多的大跨度结构正在兴起,而拱结构由于用料较为节省,自重减轻,能跨越较大的空间,同时外观造型优美,在大跨度房屋和桥梁结构工程中得到了更广泛的应用;钢管混凝土是一种很好的组合材料,钢管混凝土结构具有施工简便、抗震性能好、承载力高、经济效益好等优点,新材料的应用和拱式结构的良好受力性能使得钢管混凝土拱结构将日益成为我国今后发展的趋势。由于结构型式的不断发展和高强度建筑材料的应用,使结构趋向轻型薄壁,更容易出现失稳现象,因而对结构稳定性的研究也更有必要。本文在进行钢管混凝土拱的面内稳定性的研究过程中,利用MATLAB语言编制了有限元稳定分析程序,根据本文的实际情况选择了较为优越的弧长控制法求解非线性有限元方程组,并且修改了弧长控制法的弧长约束方程,在物理意义上更加明晰,形式更为简洁,同时便于编程。数值算例验证了程序的有效性和正确性,说明弧长控制法、U.L列式法和MATLAB语言是进行结构稳定分析的正确方法和有力工具。本文为了验证程序和得到一些工程上的有用结论,采用ANSYS有限元软件建立了抛物线拱模型,通过矢跨比(f/L)、含钢率(α)以及混凝土强度等变化进行拱的屈曲计算,得到了对比结果。结果表明采用合理的矢跨比及较高标号的混凝土等将对提高钢管混凝土拱桥整体稳定性带来益处。综上表明本文研究的钢管混凝土拱的面内稳定性分析具有重要的学术意义和应用价值。……   
[关键词]:拱结构;钢管混凝土(CFST);稳定;弧长控制法;有限元
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:长沙理工大学2004年