120m跨倒三角钢管拱桁架的稳定分析.pdfVIP

第十届全同现代结构_亡程学术研讨会 120m跨倒三角钢管拱桁架的稳定分析 张洁1王红霞1李海旺1张宗升2 (太原理工大学建筑与土木工程学院，太原030024)(2山西省建筑设计研究院，太原030013) 提要：本文以单榀120m跨的倒三角钢管拱桁架为研究对象，用SAP2000分析程序研究其稳定性，在计算中考虑了结构的 几何缺陷、材料的弹塑性、荷载的作用方式及结构的大变形等因素对钢管拱桁架的稳定性的影响。通过计算与分析 得出，几何非线性对铜管拱桁架的稳定性影响不大，而材料非线性对于钢管拱桁架的失稳承载力极为重要：与全跨 竖向荷载相比，施加半跨竖向荷载时，结构的临界荷载较小。因此，对于大跨度钢管拱桁架的稳定性分析，不仅要 考虑几何非线性与材料非线性，同时应考虑多种荷载作用方式。 关键词：结构工程钢管拱桁架非线性稳定弹塑性 -^_‘．_J一 一、月lJ言 钢管拱桁架因其造型美观、受力合理、施工方便、用钢量省且能覆盖较大空间，被广泛应用于会展中 心、体育馆、飞机场等场所，是目前工程中常用的结构形式。拱桁架是以受压为主的结构，随着跨度的不 该结构进行了分析。在计算中，考虑到该结构跨度120m，矢跨比饥=o．3，受荷作用面积大且分布复杂，因 此，不仅研究了竖向荷载满跨作用下结构的稳定性，还研究了半跨竖向荷载作用下结构的稳定问题。 二、模型设计参数 计算模型取中问单榀拱桁架进行计算，模型采用倒三角截面形式。三角形高2m，底宽3m。结构总跨 弦沿全长等分为48份，节间距离2．91m。两端采用固定铰约束，每隔4段施加平面外约束模拟次桁架。单 榀模型中有149个节点，441根杆单元。标准榀拱桁架布置间距9m，结构布置图如图l所示： 结构拟建在太原地区，根据《建筑抗震设计规范1491)GB5001 烈度为8度，设计基本地震加速度值为0．209，设计地震分组为第一组。场地类别拟定为III类，多遇地震下 准期50年。 拱桁架模型材料全部使用Q235B级钢材，采用SAP2000软件进行截面设计，为了充分发挥材料性能， 结构从两端起每隔4段采用一种截面．经设计截面型号从两端向内依次为： 下弦杆：巾426X16、巾203X9、由194X6、由152X5： 上弦水平杆：由60X3： 基金项目：国家自然科学基金项目l山西省科技攻关项目(20080321086) 工业建筑2010增刊 65l 第十届全国现代结构工程学术研讨会 上弦斜腹杆：巾68X4、巾83X5、巾89X5、由76X3．5。 I !垫盟Q J， 图1结构布置图 计算模型如图2所示，图中A点为加载满跨竖向荷载时，荷载位移曲线的特征点；B点为加载半跨竖向 荷载时，荷载位移曲线的特征点。 图2标准几何模型 钢管拱桁架的稳定分析 稳定分析中，模拟均布荷载，将恒荷载等效为节点荷载施加在结构上弦节点上。将活荷载等效为节点 荷载施加在半跨上弦节点上。 (一)特征值屈曲分析 ①将满跨竖向荷载作用于上弦节点，其前6阶屈曲荷载见表l，并列出了前6阶的失稳模态，如图3 所示。 652 工业建筑20lO增刊 第十届全圆现代结构T程学术研讨会 表1满跨竖向荷载作用下特征值屈曲荷载 阶数 屈曲衙载(KN) 失稳模态描述 l 75．559573 双波反对称失稳 2 104．491254 三波