支座约束对拱平面外屈曲荷载的影响.pdfVIP

第23卷第6期 结 构 工 程 师 Vo1．23．No．6 2007年 12月 Structural Engineers Dec．2007 支座约束对拱平面外屈曲荷载的影响 吴 杰 张其林 (同济大学建筑工程系，上海200092) 摘 要 通过与文献中试验结果的比较，验证了可以采用ANSYS软件中的Beam189梁单元模拟弹性 拱的平面外屈曲，计算了四种约束条件下拱的内力和平面外屈曲荷载。结果表明，拱圆心角较小时支座 约束对拱的平面外屈曲荷载影响较大，随着圆心角的增大，四种支座约束条件下拱的屈曲荷载越来越趋 于一致，文章从受力的角度给予了解释。 关键词 有限元，拱，平面外屈曲，支座约束 Effects of Different Restraint Conditions on Torsiona1．Flexural Buckling Loads of Arches WU Jie ZHANG Qilin (Department of Building Engineering，Ton~i University，Shanghai 200092，China) Abstract Torsiona1．．flexural buckling of elastic arches can be simulated by Beaml 89 element of ANSYS soft．． ware．Internal forces and flexural—torsional buckling loads of arches were gained on four different restraint con— ditions．It was concluded that the effects of different restraint conditions on buckling loads of arches are appar- ent when subtended angle iS small and different restraint conditions almost have no effects on buckling loads when subtended angle becomes large according the calculation results．The reasons were analyzed based on mechanics． Keywords finite element，arch，flexural—torsional buckling，restraint condition 拱的平面外约束均为铰支，其中图1(a)--(C)都 1 引 言 是静定的简支拱，图1(a)的B端是径向支承，图 1(b)的B端是竖向支承，图1(C)的B端是切向 根据荷载作用平面的不同，曲梁可分成两类： 支承，图1(d)是一次超静定的两铰拱。本文采用 当荷载只作用在曲率平面内时称为拱；而当荷载 ANSYS软件中的三节点梁单元Beam189对这四 作用平面与曲率平面垂直时称为水平曲梁。拱因 种支座约束下拱的平面外稳定进行数值模拟，分 其优美的造型被广泛地应用在现代结构工程中， 析了不同支座约束对拱平面外屈曲荷载的影响。 例如一些建筑的拱形屋面受力构件、桥梁结构中 的拱桥等。和直构件相比，拱由于初始曲率的存 2 梁单元模拟 在，其弯曲、扭转、翘曲的几何方程大都是相互耦 合的，受力分析较复杂¨ 。 采用ANSYS中的Beam189单元进行有限元 拱在承受竖向荷载时会产生水平推力，这是