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第1章 拱形结构的发展与现状 1

1.1 拱形结构的应用与发展 1

1.2 结构特点 7

1.3 结构设计的关键问题 12

1.3.1 结构体系选型 12

1.3.2 结构细部设计 13

1.3.3 结构稳定性设计 13

1.3.4 结构振动控制 14

1.3.5 地震作用及抗震设计 14

1.3.6 施工方案和施工控制 14

参考文献 15

第2章 拱形结构的基本类型、受力特点和荷载效应分析 17

2.1 引言 17

2.2 拱形结构的基本类型 17

2.2.1 结构形式 17

2.2.2 节点形式 19

2.3 拱形结构的基本受力特点 20

2.4 荷载及荷载组合 22

2.5 一阶与二阶分析 23

2.6 拱脚支承结构水平刚度的影响 26

2.7 组合体系拱桥 28

2.7.1 结构体系受力特点 28

2.7.2 移动荷载和影响线 30

参考文献 31

第3章 拱形钢结构稳定问题的基本概念及分类 33

3.1 引言 33

3.2 拱形钢结构的失稳类型 34

3.2.1 平面内失稳 34

3.2.2 平面外失稳 35

3.2.3 稳定问题分类 36

3.2.4 稳定分析方法 37

3.3 拱形钢结构的失稳机理 41

3.3.1 平面内稳定 42

3.3.2 平面外整体稳定 42

3.3.3 局部稳定 44

参考文献 46

第4章 拱形钢结构线弹性屈曲理论 49

4.1 平面内屈曲荷载 49

4.1.1 平面微元拱段的平衡微分方程 50

4.1.2 几何方程 50

4.1.3 截面内力与变形的关系 50

4.1.4 圆弧拱的平面内屈曲方程 50

4.1.5 静水压力作用下的屈曲荷载 52

4.1.6 均布保向力作用下铰支拱的屈曲荷载 55

4.1.7 均布向心力作用下铰支拱的屈曲荷载 56

4.1.8 平面内屈曲荷载的比较和讨论 57

4.1.9 平面内屈曲的计算长度系数法 59

4.2 平面外屈曲理论 61

4.2.1 曲线构件微元段的一般平衡方程 62

4.2.2 均匀受压铰支圆弧拱的弹性屈曲荷载 65

4.2.3 均匀受弯铰支圆弧拱的弹性屈曲荷载 70

4.2.4 两端固支拱的弹性屈曲 72

4.2.5 不等拱脚端弯矩作用下圆弧拱的弹性屈曲荷载 80

4.2.6 压弯圆弧拱的弹性屈曲性能 83

4.3 钢管桁架拱的线弹性屈曲 86

4.3.1 桁架结构的截面刚度 86

4.3.2 面内弹性屈曲荷载 91

4.3.3 平面外弹性屈曲荷载 92

参考文献 98

第5章 拱形钢结构平面内稳定承载力设计方法 100

5.1 引言 100

5.2 平面内稳定承载力的研究现状 101

5.3 有限元计算方法 102

5.3.1 有限元模型 102

5.3.2 几何初始缺陷及残余应力 103

5.4 平面内弹塑性稳定性能 103

5.4.1 整体稳定性能 103

5.4.2 局部稳定性能 107

5.4.3 平面内失稳破坏机理 111

5.5 实腹式截面钢拱的平面内稳定承载力设计方法 113

5.5.1 均匀受压拱 113

5.5.2 压弯钢拱 118

5.5.3 板件局部稳定设计 120

5.6 腹板开孔铰支圆弧钢拱 121

5.6.1 腹板开孔钢拱的孔洞优化 121

5.6.2 腹板开孔钢拱的等效计算模型 122

5.6.3 局部稳定性设计 123

5.6.4 稳定承载力N-M相关设计公式 124

5.7 铰支圆弧钢管桁架拱 125

5.7.1 钢管桁架拱的换算长细比 125

5.7.2 弹塑性稳定承载力设计方法 126

5.8 平面内稳定承载力的试验研究 130

5.8.1 实腹式截面钢拱 131

5.8.2 钢管桁架拱 140

5.9 索拱结构 153

5.9.1 结构性能 153

5.9.2 车辐拱 156

参考文献 161

第6章 拱形钢结构平面外稳定承载力设计理论 163

6.1 引言 163

6.2 平面外稳定承载力问题的研究现状 164

6.2.1 无支撑钢拱的稳定理论 164

6.2.2 有面外支撑钢拱的稳定设计方法 167

6.3 钢拱的平面外稳定承载力设计理论和方法 168

6.3.1 有限元数值方法 168

6.3.2 均匀受压圆弧拱的平面外稳定承载力设计 170

6.3.3 拱脚端部弯矩作用下圆弧拱的平面外稳定承载力 174

6.3.4 压弯圆弧拱的平面外稳定承载力设计方法 182

6.4 钢管桁架拱的平面外稳定承载力 192

6.4.1 均匀受压桁架拱的平面外稳定 193

6.4.2 均匀正弯矩作用下桁架拱的平面外稳定 194

6.4.3 相关稳定性 195

6.4.4 一般荷载作用下的稳定承载力 199

6.5 有面外支撑钢拱的平面外稳定性能及承载力 202

6.5.1 弹性稳定性能及支撑刚度 202

6.5.2 平面外弹塑性稳定分析的几何初始缺陷 210

6.5.3 面外支撑非均匀布置的钢拱平面外弹性屈曲性能 215

6.6 拱墙结构平面外失稳机理与设计研究 222

6.6.1 拱墙结构的失稳机理 222

6.6.2 拱墙结构的弹性屈曲分析 223

6.6.3 某火车站站房拱墙结构 225

6.7 实腹式截面拱的平面外稳定承载力试验 228

6.7.1 试验装置及参数 228

6.7.2 平面外稳定承载力试验结果 235

6.7.3 数值计算与试验结果分析 241

参考文献 244

第7章 拱形钢结构的动力特性及抗震性能 249

7.1 引言 249

7.2 拱形钢结构的自振特性 249

7.2.1 平面内振动 249

7.2.2 空间振动 251

7.3 拱形钢结构的抗震性能 252

7.3.1 地震作用 252

7.3.2 地震作用下拱形钢结构的动力响应 253

参考文献 259

第8章 波形钢拱结构的稳定性能 260

8.1 引言 260

8.2 波形拱板结构 260

8.2.1 组成与成型过程 260

8.2.2 受力特性和破坏机理 261

8.2.3 计算和设计方法 263

8.2.4 波形拱板试验研究 264

8.3 波浪腹板钢拱 265

8.3.1 波浪腹板构件的应用背景 265

8.3.2 波浪腹板构件的受力特点 267

8.3.3 波浪腹板钢拱的受力及失稳机理 270

参考文献 275

第9章 拱形钢结构的制作、安装与施工分析 276

9.1 引言 276

9.2 基本制作方法及工艺要求 276

9.3 复杂形式的钢拱制作工艺 277

9.3.1 腹板开孔钢拱 277

9.3.2 波浪腹板钢拱 278

9.4 基本安装方法及技术要求 279

9.5 施工方案与施工过程分析 280

9.6 工程实例 282

9.6.1 工程背景 282

9.6.2 施工方案比选 283

9.6.3 两种施工方案对结构成型内力的影响 285

9.6.4 一体化有限元结构分析模型及算法实现 287

参考文献 292

附录A 拱形钢结构拱脚推力计算系数 294

附录B 实腹截面钢拱平面内稳定曲线参数 295

附录C 实腹截面钢拱平面内稳定系数 297

附录D 圆弧形铰支钢管桁架拱平面内稳定曲线的系数 307

附录E 圆弧形铰支钢管桁架拱平面内稳定系数 308

附录F 拱形钢结构制作及安装偏差限值规定 314