摘要
钢拱结构作为一种空间跨越结构，广泛的应用于桥梁和大跨度房屋建筑中，具有构造简单，施工方便，自重轻等特点。本文研究的是两端铰接矩形截面圆钢管空间桁架圆弧拱的平面外和平面内稳定性，并总结出相应的设计方法，为实际工程提供参考。 本文通过理论推导空间桁架拱的抗扭刚度和侧向抗弯刚度，得到空间桁架拱在径向均布荷载和端部弯矩荷载作用下的一阶弹性屈曲荷载。对拱进行弹性屈曲分析，发现Timoshenko在端部弯矩荷载作用下的一阶弹性屈曲荷载的经典解不适用于矢跨比较小的空间桁架拱，因此用系数修正了空间桁架拱在端部弯矩荷载作用下的平面外弹性屈曲载荷公式。本文通过纯压正则化长细比和纯弯正则化长细比，得到了空间桁架拱在径向均布荷载和端部弯矩荷载作用下平面外弹塑性稳定曲线，从而提出了纯压和纯弯空间桁架拱的设计方法。在此基础上，研究了空间桁架拱在全跨和半跨竖向均布荷载作用下的弹塑性稳定性和破坏机理，并通过相互作用方程为平面外稳定承载力提供一个保守的下边界，从而得到压弯空间桁架拱的平面外稳定承载力的设计方法。 空间桁架拱由弦杆和腹杆组成，在拱达到稳定承载力前，弦杆和腹杆可能发生失稳破坏，从而降低拱的稳定承载力。本文假设空间桁架拱的弦杆和腹杆仅承受轴向力，推导出了防止弦管和腹杆失稳破坏的设计公式。 在对空间桁架拱的一阶弹性屈曲分析中，剪切刚度对空间桁拱的平面内一阶弹性屈曲的荷载影响较大。在弹塑性分析中，得到了空间桁架拱在径向均布荷载作用下的平面内稳定曲线，从而得到了纯压空间桁架拱的平面内弹塑性稳定的设计方法。在全跨和半跨竖向均布荷载作用下，空间桁架拱主要承受轴力和弯矩的共同作用。基于纯压空间桁架拱的平面内稳定性的设计方法，提出了压弯空间桁架拱的平面内弹塑性稳定性的设计公式。
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