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

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。由于曲線軸線及推力結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其穩(wěn)定問題十分突出且相當(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《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，考察幾何軸線形式、拱腳邊界、荷載類型及初始缺陷等對其平面外整體穩(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)。

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。各國設(shè)計(jì)規(guī)范對拱的穩(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《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)目針對拱形鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定問題，主要開展了以下研究工作：（1）針對實(shí)腹式截面鋼拱，通過理論和試驗(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）針對腹板開孔鋼拱，通過理論分析及試驗(yàn)研究，掌握了孔洞對鋼拱穩(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大削弱。（4）對于有面外側(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，以及腹板開孔鋼拱中孔洞對承載力的削弱作用等方面的研究，在國際上具有先進(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)對于我國國家標(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

全書分為上、下兩冊，下冊為鋼結(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。 本書是為適應(yīng)土木工程學(xué)科的研究生教學(xué)需要而編寫，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，既可滿足研究生開展相關(guān)科學(xué)研究的需要，也可滿足高年級本科生和工程師的自學(xué)需求。

全書分為上、下兩冊，上冊為鋼結(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。 本書是為適應(yīng)土木工程學(xué)科的研究生教學(xué)需要而編寫，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，既可滿足研究生開展相關(guān)科學(xué)研究的需要，也可滿足高年級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，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》可供土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(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)專業(yè)高年級本科生和研究生學(xué)習(xí)用書。