钢结构拱论文

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钢结构拱摘 要:钢拱结构具有重量轻、强度高等良好的力学性能,非常适合丁?桥梁、体仔场馆等大跨度和超大跨度结构, 其主要结构形式有实.腹式钢拱、格构式钢拱和索一拱结构3大类。首先分析拱的节点,以及矢跨比对其影响;接 着分析钢拱结构的结构组成,受力性能与失稳机理;接着提出钢拱结构的适用范围,以46.5m大跨度钢拱结构为 例,分析其布置方式和构造要求;最后,分析其屋盖结构与采光形式,然后分别介绍了国内外典型建筑。钢拱结 构以其跨度大、承载力高、截血薄、变形小的优点,同时乂具有与其他先进结构组合应用的优势,在大跨建筑中 具备很强的竞争力与发展的潜力。关键词:钢拱结构;矢跨比;格构式钢拱;受力性能;失稳机理;屋盖结构Steel Arch StructureAbstract: Steel arch structure with a light weight, high strength good mechanical properties, ideal for bridges, sports stadiums and other large span and large span structures, the main structure in the form of solid abdominal steel arches, lattice-type steel arch and cable ? arch structure ? First analysis of arch nodes, and span ratio of their impact; then analyzes the structure of the steel arch structure, mechanical properties and the instability mechanism; then proposed the use of steel arch structure to 46.5m-span steel arch structure, for example 、 analysis of the layout and construction requirements; Finally, the analysis of the roof structure and light form, and then introduced the typical domestic architecture. Its large span steel arch structure, high bearing capacity, thin section, the advantages of small deformation, but also has other advanced structural composite applications with the advantages of a large building with a strong cross-competitiveness and development potential.Key words: steel arch structure; span ratio; lattice steel arch; mechanical properties; instability mechanism; roof structure拱的节点分析1、 拱脚的落地与非落地根据不同的使用需求, 拱脚在人跨建筑屮的应用分为落地与非落地两种 方式。2、 拱可分为无较拱、两较拱、三餃拱(图1)。无 较拱为三次超静定结构,其特点为:在荷载的作 用下,拱的内力分布较均匀,结构的整体刚度较 人,且构造简单、施工方便,因此被广泛应用于拱是一种古老的结构,古罗马人最早开始使 用砖石拱,并且用拱创造了无数伟大的建筑,可 以说,拱是古罗马建筑的重要特征,因而拱结构 具冇占典的意味。路易斯?沙利文说「'拱是最富 情绪的构件川。它充满可能性及展望,并富有创 造力!惫跋褚?把拉满的弓,是一种充满力量的造 型,冇着强烈的弹性和张力感。一句占印度谚语 说道:“拱永远不会沉睡”。中国人用“长虹卧波” 来形容拱桥的优美。1拱的节点、矢跨比、平面内外屈曲砌体以及拱结构小。两钱拱结构整体刚度优于三 钱拱,支座沉降等产住的附加内力小于无饺拱。两饺拱因其构造简单、制作方便等优势,一般应 用丁叫I小跨度的建筑中。大跨建筑屮,因拱弧太 长,吊装刚度不足,通常则采用三钱拱。三饺拱 是静定结构,其整体刚度相对于前两者较低。大 跨建筑中,三钞拱通常分两段制作,拼接吊装就 位。另外,当使用空间上的要求不能设置制作水 平拉杆,而支座的水平位移乂不能严格限制时, 就应该采用三狡拱的结构类型。 图1等截而拱与变截而拱示意图Fig.l Cross-section and variable cross-section arch矢跨比的控制拱的推力与矢高成反比,如图2所示;在跨度 及荷载不变的情况下提高拱的矢高可减小拱的侧 推力。矢高影响拱身轴力和支座推力的大小。从 结构上讲,一般矢跨比f= 1/2-1/8的范围内选 择,个别情况下可用到1/12,但此吋推力较大。 矢跨比还影响着拱的整体稳定性。在整体稳定性 的计算中,通常根据拱架失稳时的临界荷载值随 矢跨比的变化规律,选择合理的矢跨比。例如, 根据稳定理论(i=f/L)下对应的反对称失稳吋的 临界荷载可知,当i=0.2—0.3时,三饺拱的力 学性能较好。此外,矢跨比小的拱结构对初始几何缺陷的 敏感程度人,较小欠跨比拱结构需要通过更高的 构件加匸精度和施工质量来控制结构初始几何缺 陷,才能有效保证其稳定性能。因此,合理的确 定拱的矢跨比,可以有效地控制在施工和构件加 工中的能源耗费。建筑设计中,拱屋架的矢跨比人小直接影响到建 筑的屋面坡度、内部使用空间的形态及大小,以 及周边平衡侧推力的拱脚支座或形成的附加空间 的形式、人小。综上所述,确定矢跨比需要综合 权衡建筑造型、空间设计以及结构设计的要求。好 i IW2 <>图1拱的欠跨比分析Fig.l Analysis of the arch span ratio平面内外屈曲1. 拱的平面内屈曲当拱所承担的荷载达到某一临界值时,在竖 向平面内,拱轴线偏离初始纯压或主要受压的对 称变形状态,向反对称的弯压平面挠曲转化,称为 拱的平面内屈曲。拱是一个以受压为主的构件。 当为纯压拱时(即拱轴线和压力线是重合),拱开 始发生屈曲构件只受压力,则截面上应力分布均 匀,材料发挥作用比较充分。因此,应该使拱不受 或少受弯炬。拱的弹性稳定研究工作,应该从单纯 受压的拱开始。单纯受压而没有几何缺陷的拱, 在失稳前的平衡状态只有压缩而没有-弯111!变形。 当荷载逐渐增加至临界值时,平衡就出现由弯曲 变形的分支,和完善的受压直杆一样,失稳时呈分 岔屈曲。无较拱和双饺拱屈曲时总是以反对称形 式失稳(图3a ,图3b)),亦即在拱顶处有反弯点
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