拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定理論及設(shè)計(jì)方法研究

目前世界范圍內(nèi)拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性的研究工作尚不夠充分。從穩(wěn)定理論角度講，雖部分問(wèn)題有解，但總體上系統(tǒng)性和實(shí)用性較差，如何應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)，還需進(jìn)行系統(tǒng)深入的工作。各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)拱的穩(wěn)定計(jì)算尤其是平面外穩(wěn)定性，或存在欠缺，或定得很粗略；我國(guó)《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 249-2011中關(guān)于平面穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的部分還有待加強(qiáng)和完善，以指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目旨在通過(guò)系統(tǒng)地理論和試驗(yàn)研究，進(jìn)一步形成完整的拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論和方法，促進(jìn)我國(guó)鋼拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)理論的發(fā)展。 本項(xiàng)目針對(duì)拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定問(wèn)題，主要開(kāi)展了以下研究工作：（1）針對(duì)實(shí)腹式截面鋼拱，通過(guò)理論和試驗(yàn)研究，從均勻受壓、受彎到壓彎鋼拱，同時(shí)考慮了局部失穩(wěn)與整體失穩(wěn)的相關(guān)屈曲，系統(tǒng)地建立了一套平面外穩(wěn)定理論及承載力設(shè)計(jì)方法。（2）在鋼管桁架拱方面，考慮整體失穩(wěn)、弦桿局部失穩(wěn)和腹桿局部失穩(wěn)等多種失穩(wěn)形態(tài)，提出相關(guān)失穩(wěn)影響系數(shù)，以及桁架拱在軸力和彎矩共同作用下的穩(wěn)定設(shè)計(jì)方法。（3）針對(duì)腹板開(kāi)孔鋼拱，通過(guò)理論分析及試驗(yàn)研究，掌握了孔洞對(duì)鋼拱穩(wěn)定承載力的削弱作用，考察其失穩(wěn)形式和破壞機(jī)理，確定設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的開(kāi)孔取值范圍和穩(wěn)定承載力設(shè)計(jì)原則，以保證整體承載力不受到過(guò)大削弱。（4）對(duì)于有面外側(cè)向支撐的鋼拱，提出了保證支撐點(diǎn)起到充分約束作用的支撐門(mén)檻剛度的取值方法以及限制鋼拱平面外失穩(wěn)的支撐布置要求，建立了支撐間拱段的穩(wěn)定承載力設(shè)計(jì)方法。 通過(guò)上述研究，本項(xiàng)目提出了拱形鋼結(jié)構(gòu)系列平面外穩(wěn)定性理論及設(shè)計(jì)方法，其中在受彎及壓彎實(shí)腹式鋼拱穩(wěn)定性、考慮相關(guān)失穩(wěn)影響的鋼管桁架拱穩(wěn)定性、面外支承鋼拱的支撐剛度和支撐間拱段穩(wěn)定性，以及腹板開(kāi)孔鋼拱中孔洞對(duì)承載力的削弱作用等方面的研究，在國(guó)際上具有先進(jìn)性。上述研究成果豐富了拱形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定理論及設(shè)計(jì)方法，同時(shí)對(duì)于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T249-2011的修訂和完善具有推動(dòng)作用。 2100433B

拱形鋼結(jié)構(gòu)在大跨建筑結(jié)構(gòu)及橋梁工程中廣泛應(yīng)用。由于曲線(xiàn)軸線(xiàn)及推力結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其穩(wěn)定問(wèn)題十分突出且相當(dāng)復(fù)雜，成為設(shè)計(jì)的控制因素。特別是其平面外穩(wěn)定的研究難度大，現(xiàn)有成果遠(yuǎn)不足以指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。世界范圍內(nèi)還沒(méi)有像梁柱直構(gòu)件那樣形成一套完善實(shí)用的穩(wěn)定承載力設(shè)計(jì)方法，我國(guó)《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 249-2011在平面外穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方面有待補(bǔ)充和完善。本項(xiàng)目將通過(guò)理論分析與試驗(yàn)研究，從彈性屈曲理論研究到穩(wěn)定承載力分析，從獨(dú)立鋼拱結(jié)構(gòu)到帶支撐的拱形鋼結(jié)構(gòu)體系，考察幾何軸線(xiàn)形式、拱腳邊界、荷載類(lèi)型及初始缺陷等對(duì)其平面外整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定及相關(guān)穩(wěn)定性能的影響，揭示其失穩(wěn)和破壞機(jī)理，系統(tǒng)地建立有/無(wú)面外支撐鋼拱的空間穩(wěn)定承載力計(jì)算、面外支撐的剛度和強(qiáng)度計(jì)算、面外支撐布置和結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的成套設(shè)計(jì)理論，為在《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中補(bǔ)充平面外設(shè)計(jì)與計(jì)算理論提供依據(jù)。

全書(shū)分為上、下兩冊(cè)，下冊(cè)為鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定理論。第一部分介紹Kirchhoff薄板屈曲理論及其應(yīng)用，內(nèi)容包括Kirchhoff薄板屈曲的微分方程模型和能量變分模型，剛周邊假設(shè)下其組合扭轉(zhuǎn)與彎扭屈曲的板-梁理論；第二部分介紹薄壁構(gòu)件組合扭轉(zhuǎn)和彎扭屈曲板-梁理論及其應(yīng)用，內(nèi)容包括薄壁構(gòu)件組合扭轉(zhuǎn)、鋼柱和鋼梁彎扭屈曲及畸變屈曲的板-梁理論，彈性支撐鋼梁的彎扭屈曲分析。 本書(shū)是為適應(yīng)土木工程學(xué)科的研究生教學(xué)需要而編寫(xiě)，與經(jīng)典的穩(wěn)定理論著作和教材相比，既注重梁、板和薄壁構(gòu)件力學(xué)模型之間的區(qū)別，更注重它們之間的聯(lián)系，據(jù)此作者提出了薄壁構(gòu)件組合扭轉(zhuǎn)和彎扭屈曲的板-梁理論，為解決鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、空翼緣鋼梁等復(fù)雜構(gòu)件的組合扭轉(zhuǎn)和彎扭屈曲問(wèn)題奠定了理論基礎(chǔ)；同時(shí)，相關(guān)的理論推導(dǎo)較為詳盡，既可滿(mǎn)足研究生開(kāi)展相關(guān)科學(xué)研究的需要，也可滿(mǎn)足高年級(jí)本科生和工程師的自學(xué)需求。

全書(shū)分為上、下兩冊(cè)，上冊(cè)為鋼結(jié)構(gòu)平面內(nèi)穩(wěn)定理論。第一部分介紹Euler柱屈曲理論及其應(yīng)用，內(nèi)容包括Euler柱的數(shù)學(xué)力學(xué)模型：微分方程模型和能量變分模型，Euler柱模型在有限元、轉(zhuǎn)角-位移法框架屈曲簡(jiǎn)化分析方法和非保守力下屈曲的應(yīng)用；第二部分介紹Timoshenko柱屈曲理論及其應(yīng)用，內(nèi)容包括Timoshenko柱模型的理論基礎(chǔ)，微分方程模型和能量變分模型，Timoshenko柱模型在有限元、轉(zhuǎn)角-位移法、格構(gòu)柱以及高層框架-剪力墻等體系屈曲分析中的應(yīng)用。 本書(shū)是為適應(yīng)土木工程學(xué)科的研究生教學(xué)需要而編寫(xiě)，與經(jīng)典的穩(wěn)定理論著作和教材相比，既注重梁、板和薄壁構(gòu)件力學(xué)模型之間的區(qū)別，更注重它們之間的聯(lián)系，據(jù)此作者提出了薄壁構(gòu)件組合扭轉(zhuǎn)和彎扭屈曲的板-梁理論，為解決鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、空翼緣鋼梁等復(fù)雜構(gòu)件的組合扭轉(zhuǎn)和彎扭屈曲問(wèn)題奠定了理論基礎(chǔ)；同時(shí)，相關(guān)的理論推導(dǎo)較為詳盡，既可滿(mǎn)足研究生開(kāi)展相關(guān)科學(xué)研究的需要，也可滿(mǎn)足高年級(jí)本科生和工程師的自學(xué)需求。

《薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用》圖書(shū)，由作者：周緒紅編輯，科學(xué)出版社出版，薄壁壓桿穩(wěn)定計(jì)算的近似方法、開(kāi)口薄壁壓桿的彈性穩(wěn)定理論與試驗(yàn)研究、非均勻受壓初彎曲卷邊板的屈曲后分析理論、板組局部屈曲后相關(guān)作用的理論研究、冷彎型鋼卷邊槽形截面受壓構(gòu)件的試驗(yàn)研究、板件的統(tǒng)一化有效寬厚比設(shè)計(jì)方法、冷彎型鋼受壓構(gòu)件的有限元分析及其承載力計(jì)算、冷彎薄壁卷邊槽鋼組合工字梁的試驗(yàn)研究、有限元分析與承載力計(jì)算方法。《薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用》系統(tǒng)地闡述了作者在《薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用》可供土木工程專(zhuān)業(yè)和工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員、研究人員和大學(xué)教師參考，也可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生和研究生學(xué)習(xí)用書(shū)。