831车站雨篷钢拱架稳定..docVIP

文章编号：1003-1995（2005） 某车站站台雨蓬钢拱架结构稳定分析 张孝荣1，相桂秀2 （1.北京交通大学 基建处，北京 100044；2.大连市工程质量监督站，大连 116600） 摘要 从工程概况、结构布置、有限元建模、理论分析到国外的有关相关公式等方面介绍钢拱架的稳定分析，包括平面内的整体稳定、平面外的整体稳定以及局部稳定性验算。 关键词： 站台雨蓬 钢拱架 结构稳定 中图分类号： 文献标识码： 1工程概况 某火车站站台雨蓬和办公用房总占地面积4032m2，其中钢拱架结构占地面积3456 m2，拟采用系杆屋架拱结构，建筑高度17.5m，建筑跨度48m；附属结构二层，采用钢框架结构。 2结构布置 为保证建筑净空要求，采用带拉杆的系杆拱结构，屋面为轻屋面。拱屋架横向跨度48m，拱矢高6m，柱距6m。柱与屋架采用铰接形式，柱顶标高10.00m，基础顶面标高-1.10m。屋盖采用有檩屋盖体系，屋面荷载通过檩条传给屋架。屋架上弦支撑布置在建筑物两端的两榀屋架间，以保证屋架的侧向刚度。为保证建筑物纵向刚度，在柱间设两道墙梁。结构剖面如图1。拱轴线方程为y=(48-x)x/96，拱轴线长ls=49.93m。 3计算软件及建模计算 本工程采用SAP系列中的新版产品SAP2000，主体结构为钢结构拱架，考虑到施工和计算简便因素，在建模时进行如下了简化处理： 1） 只考虑荷载在拱架平面内作用，不考虑平面外墙梁对平面内拱架内力分布的影响。 2)拱架在施工时不可能完全做成光滑的抛物线形，因此根据曲线方程，水平方向每隔2m取控制点来确定拱架形状，将抛物线拱架简化为多段连续梁。 3） 拱脚与柱的连接处设计为铰接点，柱上端无弯矩。 4）下弦拉杆和纵向拉杆之间的连接处全部设计为铰接，使拉杆成为二力杆，杆内只有拉力。   4拱屋架稳定性分析及验算 拱屋架的截面如图2。截面特性为：A=106.1cm2， IX=60649cm4，IY=3127cm4，iX=24.68cm,iY=5.43cm，WY=2154cm3, WY=250.2cm3, SX=1214cm3。 图2 拱屋架截面图 4.1 拱平面内的稳定分析 拱是以受压为主的构件，截面上应力分布均匀，材料发挥比较充分，因此应该尽量使拱不受或少受弯矩。一般拱的弹性稳定研究工作都是从单纯受压的拱开始的。单纯受压而又没有几何缺陷的拱和完善的受压直杆一样，失稳时成分差屈曲。无铰拱和双铰拱屈曲时总是以反对称的形式失稳，即屈曲半波数为两个，这是拱不同于直杆的一个特点。一般纯压拱的临界荷载可以由弹性稳定理论分析算得。 但是实际工程中的拱往往在受压作用的同时还要受弯矩作用。就抛物线拱而论，即使外力荷载沿水平线均匀分布，拱本身的自重却并非沿水平线均匀分布。何况活荷载也很难均匀分布而又布满全垮。因此，有必要考察有弯矩拱的稳定性。当活荷载并非均匀分布或只作用在跨长的一个区段时，拱截面的弯矩较大，对稳定最不利的均匀分布活荷载大约为半跨略多一点，为计算简便，取半跨活荷载加全垮恒载进行计算。 既受压又受弯的拱在弹塑性范围内失稳时，和压弯直杆类似，塑性出现于某一区段的部分界面上，残余应力对承载力有相当影响。弯矩也由于拱轴位移而增大，在达到极限荷载之前，因塑性区的发展，变形很大，计算时需要计入位移影响，即采用二阶分析。这和框架的二阶弹塑性分析性质相同。 拱的弹塑性稳定问题既要计入变形影响又要考虑残余应力，需要用有限元等数值方法求解，计算很复杂。在实际工程设计中可以采用如下简化方法： 1）对拱进行二阶弹性分析，使最大应力≯0.9f（f为 ）。 2）用极限轴力和极限弯矩的相关公式，内力计算只要求一阶分析。本文采用Yabuki和Kuranishi提出的适用于双铰拱的相关公式。通常验算四分点处的截面，所采用的公式为： 当时， 当时， 首先计算恒载作用下四分点处的内力。  ty应为tan,请标明变量的名称，单位用正体 所以sin0.24，cos0.97 ，四分点处： 半跨分布的活荷载作用下（p＝2.52KN/m），内力计算如下： ，， 四分点处： NP=60.48×0.97+(45.36-60.48)×0.24=55.04KN MP=45.36×12-60.48×3-2.52×12×0.75×12=181.44 计算有关系数： a＝2.509-1.689＝2.509-1.689×2.175＝-1.165 b＝-1.123+1.605-0.1352＝-1.123+1.605×2.175-0.135×2.1752＝1.729 c＝（1.824-0.014+0.3762）（0