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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