《拱形鋼結構平面外穩定理論及設計方法研究》是依託清華大學，由竇超擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：拱形鋼結構平面外穩定理論及設計方法研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：竇超
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
拱形鋼結構在大跨建築結構及橋樑工程中廣泛套用。由於曲線軸線及推力結構的特點，其穩定問題十分突出且相當複雜，成為設計的控制因素。特別是其平面外穩定的研究難度大，現有成果遠不足以指導工程設計。世界範圍內還沒有像樑柱直構件那樣形成一套完善實用的穩定承載力設計方法，我國《拱形鋼結構技術規程》JGJ/T 249-2011在平面外穩定性設計方面有待補充和完善。本項目將通過理論分析與試驗研究，從彈性屈曲理論研究到穩定承載力分析，從獨立鋼拱結構到帶支撐的拱形鋼結構體系，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定、局部穩定及相關穩定性能的影響，揭示其失穩和破壞機理，系統地建立有/無面外支撐鋼拱的空間穩定承載力計算、面外支撐的剛度和強度計算、面外支撐布置和結構體系最佳化的成套設計理論，為在《拱形鋼結構技術規程》中補充平面外設計與計算理論提供依據。
結題摘要
目前世界範圍內拱形鋼結構平面外穩定性的研究工作尚不夠充分。從穩定理論角度講，雖部分問題有解，但總體上系統性和實用性較差，如何套用於實際工程設計，還需進行系統深入的工作。各國設計規範對拱的穩定計算尤其是平面外穩定性，或存在欠缺，或定得很粗略；我國《拱形鋼結構技術規程》JGJ/T 249-2011中關於平面穩定性設計的部分還有待加強和完善，以指導工程設計。本項目旨在通過系統地理論和試驗研究，進一步形成完整的拱形鋼結構平面外穩定設計理論和方法，促進我國鋼拱結構穩定設計理論的發展。 本項目針對拱形鋼結構平面外穩定問題，主要開展了以下研究工作：（1）針對實腹式截面鋼拱，通過理論和試驗研究，從均勻受壓、受彎到壓彎鋼拱，同時考慮了局部失穩與整體失穩的相關屈曲，系統地建立了一套平面外穩定理論及承載力設計方法。（2）在鋼管桁架拱方面，考慮整體失穩、弦桿局部失穩和腹桿局部失穩等多種失穩形態，提出相關失穩影響係數，以及桁架拱在軸力和彎矩共同作用下的穩定設計方法。（3）針對腹板開孔鋼拱，通過理論分析及試驗研究，掌握了孔洞對鋼拱穩定承載力的削弱作用，考察其失穩形式和破壞機理，確定設計時應遵循的開孔取值範圍和穩定承載力設計原則，以保證整體承載力不受到過大削弱。（4）對於有面外側向支撐的鋼拱，提出了保證支撐點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的支撐布置要求，建立了支撐間拱段的穩定承載力設計方法。 通過上述研究，本項目提出了拱形鋼結構系列平面外穩定性理論及設計方法，其中在受彎及壓彎實腹式鋼拱穩定性、考慮相關失穩影響的鋼管桁架拱穩定性、面外支承鋼拱的支撐剛度和支撐間拱段穩定性，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，在國際上具有先進性。上述研究成果豐富了拱形結構的穩定理論及設計方法，同時對於我國國家標準《拱形鋼結構技術規程》JGJ/T249-2011的修訂和完善具有推動作用。
