钢结构拱论文
风荷载作用下的钢结构拱的安全分析
拱 桥是 一种 重要 的建筑 结构 类 型 ，在桥 梁 的发
展史 上 曾经 占有重 要地 位 ．随着 拱 桥跨 度 的增 大 ，
ｍ 的单 拱肋 景观桥 ．为 了提 升桥梁 的景观 效果 ，拱 肋 呈 反对称 设 置．钢 结构 拱高 ８ｍ，跨径 ２ ４ｍ．为
拱 桥 的宽跨 比迅速 减 小 ，使得 主拱 的长细 比越来 越
大 ，拱 的稳 定 性 问题 也 日益 突 出． 此 ， 国 内外 专 对
考 虑经 济 因数 ，故采 用格 构式 等截 面拱 肋 ， 由 ４个
等 边角 钢 Ｌ ０ １ 加缀板 焊接 组 成 ，截 面 图见 图 ９ ￣ ２外
家对 拱 桥 的稳定 性进 行 了广 泛 的研究 ． ｅ ｙ １ ８ Ｌ ｖ 于 ８４
第２ Ｏ卷 第 ３期 ２ ０ 年 ９月 ０８
湖 南 文 理 学 院 学 报（ 然 科 学 版） 自
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｎＵｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｔ ｎ ｃｅ ｃ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｄｉｉｎ ｏ ｒ ａ ｏ Ｈｕ ａ ｉｅ ｓｔ ｏ ｓａ ｄＳ ｉｎ ｅＮａｕ ａ ｉｎ ｅＥ ｔｏ ） ｙ Ａｒ Ｓ
一
５０
类稳 定 问题 ．拱 的第 一类稳 定 问题 在 数学 上是 一
（）有 限 元 模 型 ｂ
个齐次 方程 的特 征值 问题．
图１拱肋 图
第 一类稳定 问题 的控 制方程 为 ：
７ ２
湖 南 文 理 学 院 学 报 （ 然 科 学 版） 自
２０ ０８
４４１ Ｚ ６．
Ｖ０ ． ＯＮｏ ３ １２ ． Ｓ ｐ． ０ ８ ｅ ２０
文章编 号 ： １７ —１ ６２ ０ ）３０ ７ —３ ６ ２６ ４ （０ ８０ —０ １０
基于拱型波纹钢屋盖结构的振动特性分析
基于拱型波纹钢屋盖结构的振动特性分析拱型波纹钢屋盖结构是一种常用于工业建筑的轻型屋盖结构，具有重量轻、强度高、施工方便等优点。
然而，振动特性是决定结构安全性和耐久性的重要因素之一。
因此，对于拱型波纹钢屋盖结构的振动特性进行分析具有重要意义。
在进行振动特性分析之前，我们首先要了解拱型波纹钢屋盖结构的基本构造。
它由一系列拱形钢梁和波纹钢板组成，形成一个整体的空间结构。
这里，我们将重点关注该结构的自由振动特性。
自由振动是指结构在无外界激励的情况下，由自身固有特性所引起的振动。
在拱型波纹钢屋盖结构中，主要考虑以下几个方面的振动特性分析。
首先，我们需要确定结构的固有频率。
固有频率是结构自由振动时的频率，可以通过求解结构的固有频率方程得到。
固有频率与结构的质量和刚度有关，可以用来评估结构的稳定性和动态性能。
为了准确计算结构的固有频率，我们可以借助有限元分析方法，将结构离散化为有限个节点，通过求解特征值问题得到结构的固有频率。
其次，我们需要研究结构的振型及振型的分布。
振型是指结构自由振动时各部分的振动形态。
在拱型波纹钢屋盖结构中，可能会存在多个主要的振型。
通过分析振型的分布，我们可以了解结构各部分的振动幅度和相位差，进而对结构的振动特性有更详细的认识。
此外，我们还需关注结构的阻尼特性。
阻尼是指结构在振动过程中耗散振动能量的能力。
合理设置阻尼措施可以有效减小结构振动的幅值，提高结构的稳定性和耐久性。
针对拱型波纹钢屋盖结构，我们可以采用内阻尼和外阻尼相结合的方式，例如在关键位置设置减振器或阻尼材料。
最后，为了评估拱型波纹钢屋盖结构的动力响应性能，我们需要对结构进行动力响应分析。
动力响应分析是研究结构在外界激励下的振动响应情况，可用于评估结构对地震、风等外部载荷的响应能力。
通过对结构动力响应的分析，可以确定结构的动态位移、加速度和等效应力等参数，有助于改进结构设计和提高结构的抗震性能。
综上所述，基于拱型波纹钢屋盖结构的振动特性分析是保证结构安全和耐久性的重要环节。
拱-壳杂交钢结构的稳定性分析
拱-壳杂交钢结构的稳定性分析摘要：拱结构和网壳结构的稳定性问题是结构分析中不可忽略的重要内容，是决定结构承载力的关键。
对于拱—壳杂交钢结构这种新型结构体系，尚无统一的设计规范，类似结构的稳定性分析也仅限于工程实例。
以河北某游泳馆的拱—壳杂交钢结构屋盖为例，结合目前对此类结构稳定性的研究现状，利用有限元软件MIDAS／GEN和ABAQUS对结构整体进行特征值屈曲分析及单拱、组拱和整体结构的弹塑性分析，并同时考虑初始几何缺陷和非对称荷载对结构承载力的影响。
关键词：拱—壳杂交钢结构，有限元分析，整体稳定性，极限承载力0 引言拱—壳杂交钢结构是结构优化组合的一种新型结构体系，它的优点是拱结构稳定性好、整体刚度大，通过网壳结构的内力重分布和拱结构的存在，将整个网壳划分为若干个小区域，使网壳结构整体稳定性问题转化为局部区域稳定性问题，降低了网壳结构对缺陷的敏感性，从而提高了结构的承载力［1-2］。
因此，拱壳钢结构的整体稳定性较强，两种结构均可发挥各自的长处，既增加了结构跨度，又在一定程度上增加了经济效益。
目前，对于拱结构和网壳结构稳定性的研究已经十分成熟，但对于这种新型杂交结构的研究尚未形成统一理论和规范［3］。
本文运用有限元软件MIDAS／GEN和ABAQUS对跨度为96 m的拱—壳杂交钢结构进行稳定性分析，对该种结构的技术应用和研究提供了一定参考。
1 工程概况河北某体育中心游泳馆拱—壳杂交钢结构屋盖，结构总长为150 m，屋面最高点约26.5 m。
跨度范围为60～94 m，拱间距9 m，门拱桁架由两榀月牙状平面桁架组成。
沿主拱外包线的圆心每隔10度设置一条主檩条。
所有拱脚支撑在下部钢筋混凝土柱上。
拱和主檩条、连杆刚接，形成稳定的结构体系。
结构杆件截面尺寸见表1，主要构件如图1所示。
表1 杆件截面尺寸及材料Table 1 M ember section size and material构件名称构件编号钢材编号截面尺寸钢拱1 G1钢拱2 G2门拱MG 斜拱□1 500×600×20×20□XG连梁Q345 1 000×500×20×20 Φ351×16 Φ LG檩条1 LT LLG连杆402×16□299×14 Φ 1檩条2 LT2 500×400×16×16□次檩CL Q235600×400×16×16 H450×300×16×20图1 结构体系示意图Fig.1 Structure diagram钢拱结构采用矩形钢管截面的半圆形曲拱，作用是抵抗非对称荷载并维持网壳结构的稳定，利用自身的抗扭刚度来防止网壳结构在非对称荷载分布作用下发生局部的失稳破坏；网壳采用矩形和三角形线性单元截面，沿整个表面连续分布，与钢拱形成整体共同受力。
刚架拱桥结构与施工工艺论文
浅析刚架拱桥的结构与施工工艺摘要：刚架拱桥结构兼有拱和梁的特点，斜腿与跨中形成拱的作用承受较大的轴向压力，但只分担较小的弯矩。
自成果鉴定多年来，刚架拱桥在推广过程中在跨径增大、外形变化、应用于连拱、在软地基上修建及施工方法改进等方面不断有所发展。
本文对刚架拱桥的施工工艺进行了分析。
关键字：刚架拱桥构造组成施工工艺abstract: rigid-framed arch bridge with arch structure and beam features, inclined leg and formed in the role of the arch across bear the larger axial pressure, but only share smaller bending moment. since the achievements appraisal for many years, frame arch bridge in promotion process in the span, appearance change, increased used in arches, in soft foundation improvement for building and construction method to continue. in this paper the rigid-framed arch bridge construction technology are analyzed.key word: rigid-framed arch bridge of structure construction technology中图分类号：tu74文献标识码：a文章编号：一、刚架拱桥的基本组成中国的刚架拱桥于1977~1978年在江苏省无锡县建成。
它是钢筋混凝土拱式结构，是在双曲拱、桁架拱、肋拱和斜腿刚构等结构型式基础上研制发展起来的一种新桥型，其主拱圈由多片拱肋构成，肋间设横系梁联系。
拱形钢结构的抗震效果的研究
拱形钢结构的抗震效果的研究
（二）基本思路和方法
1.研究的基本思路
2.研究方法
1：内力和变形计算
《拱规》规定采用线弹性分析方法或考虑几何非线性的弹性分析方法，《拱规》给出了线性分析的钢拱的内力及典型竖向荷载作用下的变形计算方法，其中给出了两铰拱和三铰拱内力计算式，对于无铰拱可参考结构力学方法分析；变形计算式则分别考虑弯曲、轴力和剪切的影响，根据有限元计算结果拟合得到简化计算式；对于腹板开孔钢拱，在实腹式截面拱的基础上，将其等效为双肢缀板格构式拱，对弯曲项和剪切项根据开洞情况进行了等效修正，并增加了由剪力次弯矩引起的变形项，获得了其变形计算的拟合式
2：有限元分析方法
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。
有限元的概念早在几个。
钢结构毕业论文范文
钢结构毕业论文范文摘要：本篇毕业论文主要探讨了钢结构在建筑领域中的应用。
目前，随着科技的发展和城市化进程的加快，钢结构在建筑领域中的应用越来越广泛。
通过对现有文献和案例的研究，我们发现钢结构具有重量轻、强度高、施工快捷等优点。
在论文的后半部分，我们还详细讨论了钢结构的设计、施工过程和监控技术。
这些都有助于读者更加深入地了解钢结构在建筑中的应用。
关键词：钢结构，建筑，轻型，强度，施工，监控引言：钢结构作为建筑领域中一种重要的结构形式，由于其具有优良的性能和适应性，被广泛应用于各种建筑类型中。
它的应用不仅能够提高建筑的稳定性和安全性，还能够减少建筑物的自重，提高使用空间的灵活性。
随着城市化进程的加快，以及对建筑效能和施工时间的要求日益提高，钢结构的应用前景越来越广阔。
一、钢结构的特点及应用优势钢结构具有重量轻、强度高、施工快捷等特点，因此在建筑领域中有着广泛的应用。
相对于传统的混凝土结构，钢结构更加适合创造大跨度的建筑形式，提供更大的使用空间。
另外，钢结构还能够适应各种气候环境和地理条件，具有较高的抗震性能和耐用性。
二、钢结构的设计原则钢结构设计的关键在于确定结构的荷载和边界条件，合理选取结构材料和构件，并进行合理的构造设计。
另外，设计时还需要考虑结构的抗震性能、防火性能和变形控制等因素。
三、钢结构的施工过程钢结构的施工过程包括了预制、安装和焊接等环节。
在预制过程中，需要制作好各个构件，并进行检查和验收。
在安装过程中，需要确保各构件之间的连接牢固，同时采取安全措施，保证工人的安全。
在焊接过程中，需要严格控制焊接参数，确保焊缝质量达到要求。
四、钢结构的监控技术对于钢结构的监控，主要是对结构的安全性进行评估和监测。
通过使用传感器和监测仪器，可以实时监测结构的受力情况和变形情况。
一旦发现问题，可以及时采取措施进行修复。
结论：钢结构作为一种优良的结构形式，在建筑领域中应用广泛，并且有着明显的优势。
通过合理的设计、施工过程和监控技术，可以确保钢结构的安全性和稳定性。
大跨径异型钢箱拱制造技术研究与应用
之 间的横 向连杆 以及 拱顶横 撑 构
件 组 成 。主 拱 肋 外 倾 １ 。 ， 高 ２
制造工艺也提出了 高的需求。 更 ・
传统 的钢 箱拱 制造 工 序为 ：
零件 放样 及 下料— — 零件 加 工— — 单元 件 制作— — 分段 制作
— —
３７ ４ 放 和单 元件 制作 时 的焊 接变 形等 ４ ． ８ ｍ。副 拱肋 轴 线 为 空 间 曲 线， 立面 矢高 ３ ｍ 主副拱 肋之 间 ３。 的 横 向连 杆 采 用 圆钢 管 ， 间 距 要 为０ ４ ＠ ， 梁 节 点 局 部 采 用 ３５ 拱
适 合 采用 该方 法 。
设计 行车 速度 ８ｋ ／ ，设计 使用 ０ｎ ｈ 年 限１０ ，项 目概 算投 资为 ９７ Ｏ年 ．
亿元。
参考。
关 键词 ： 大跨 径 焊接 控 制 现场 吊装 异型 钢
箱 拱 仿 真 模 拟 双 曲 面 成 型
九 堡 大 桥 主 桥 上部 结 构 为３
法线 的偏 转角 为一 ５ 法截面 参 ４ 。。 考 线相对 主法 线 的偏转 角沿 副拱
了施工 放样 。具 体方法 可参 见本 （
文本 章第 ２节 ） 下料 前就 已放 出 了拱 肋 的整 体 结构 ， 因此 下料 后可 以在面 板 上 的横 隔板及 连杆 位置 予 以定位 标 识并划 线 ，这样 可 以有 效减 少 可能造 成 的线性误 差 ，保证 制造
的依据 。 对 于 空 间异型 钢箱 拱加 工成
下沙 大桥 （ 原钱 江六桥 ） 上游 ８ｍ ｋ 处 。北接 东湖 路 ，南接萧 山科 园
大道 ， 全长 １ ５ ｍ 是杭 州新 一轮 ８５，
造型各异的钢结构桥梁将普遍 出
钢结构桥梁技术论文（2）
钢结构桥梁技术论文(2)钢结构桥梁技术论文篇二浅析桥梁钢结构的防腐技术摘要：文章依据桥梁钢结构建筑的资料，详细分析了现阶段钢结构腐蚀的几种类型，并分析了其产生的原因，最后在此基础上提出桥梁结构钢防腐技术的应用。
关键词：桥梁钢结构;防腐蚀技术;桥梁建设和维护随着交通需求的不断增长，桥梁的建设越来越多，而桥梁钢结构的使用频率也越来越频繁。
主要包括钢箱梁，钢拱，钢线等等。
桥梁承载着一定的载荷，其处于自然环境下，其结构受到外界环境的制约，最明显的表现形式就是腐蚀。
尤其是在环境条件特殊的地方，如滨海地区，由于海洋环境下的腐蚀性物质比较多，对于桥梁造成的腐蚀程度会更加严重，将会直接影响桥梁的安全性。
由此，桥梁的腐蚀问题将会成为未来桥梁建设的重点话题。
一、现阶段桥梁钢结构腐蚀的三种种类由于所处环境的不同，施工条件，施工质量，设计的方案以及维护的制度不用，现阶段的桥梁钢结构腐蚀主要表现为以下几种类型：1.气体腐蚀的现象在桥梁钢结构的腐蚀中，首当其冲的就是大气腐蚀，即钢结构与水分，氧气的接触而产生的化学反应。
大气中水分会以电解液体的形式附着在金属表面，大气中的氧气会发挥着阴极去极剂的作用.由此两者的配合，就会与钢结构构成基本的腐蚀原电池，一旦形成锈层，便会产生一系列的电极反应。
2.局部部位的腐蚀现象局部腐蚀，是钢结构自身方面出现的腐蚀现象，也是钢结构中最普遍的问题。
其表现为电偶腐蚀和缝隙腐蚀。
其一，电偶腐蚀主要产生的区域在钢结构结合处，这里往往是不同金属的交合处，往往是电位属性会影响其腐蚀的速度，如果电位为负极，其腐蚀的速度就会快些，在电位为正极的时候，金属相对就会处于被保护的状态。
由此形成了腐蚀原电池，将会以电极反应的形式腐蚀桥梁。
其二，缝隙腐蚀发生的部位在于不同的构件之间，当缝隙达到一定的限度，可以是液体在其间形成停滞.其表现的形式有：铆接缝隙，衬垫缝隙，这样施工过程中的缝隙是难以完全避免的。
其作用的对象就是降低钢结构强度，使得吻合度难以达到理想的状态。
冲击作用下拱形钢结构动态稳定性能研究
冲击作用下拱形钢结构动态稳定性能研究钢拱结构在工程建设中应用广泛,其稳定性计算往往是设计中的关键环节。
现有研究多关注拱的静力稳定性能,少数涉及拱动力稳定性能的研究又多是进行动力响应分析,而对拱的动态稳定临界状态这一关键问题研究不足。
本文基于能量原理,推导并求解了拱的动力响应方程,提出了拱的动态稳定临界状态能量判据,得到了动态稳定临界荷载,并使用有限元方法对拱的动态屈曲进行全过程跟踪,验证了能量判据的合理性,为拱的平面内动态稳定判定建立了可行的分析方法。
首先,基于能量原理推导了弹性实腹拱动态响应方程,通过分析动态稳定临界状态系统能量特征,提出动态稳定临界状态系统动能为零的假设,得到了集中突加荷载作用下,临界状态时拱的动态响应半解析解。
又使用有限元方法求解拱的动态失稳过程,获得动态稳定临界状态。
对能量法解析解和有限元解获得的动态稳定临界荷载进行比较,发现二者吻合较好,验证了能量方法的正确性。
同时,确认了动态稳定临界状态系统动能占比很小,验证了临界动能为零这一假设的合理性,并揭示了能量原理的本质是拱在动态稳定临界状态与静力平衡相应位形应变能的相似性,为之后的工作奠定基础。
随后,将该方法延伸到弹性拱的刚体冲击问题中,利用应变能的相似性,提出冲击下弹性拱的动态稳定临界应变能与静力不稳定平衡路径上荷载为零的点的应变能具有可比性,有限元算例分析结果表明二者能够较好吻合。
弹性拱的刚体冲击研究,一方面从应变能角度进一步验证了能量方法的正确性,另一方面从能量输入的角度为冲击下弹性拱的动态稳定状态提供了一种可行的判定方法。
接着将能量原理应用于弹塑性拱的动态稳定研究中,在突加荷载工况中,使用有限元方法获得拱的动态稳定临界荷载数值解,并求解该荷载水平作用下相同尺寸拱的静力平衡弹性应变能,发现所得静力平衡弹性应变能可以作为该尺寸拱动态稳定临界弹性应变能一个精度较高的估计。
在刚体冲击的模拟分析中,把冲击作用下拱运动到极限位置时两侧塑性铰恰好形成作为动态稳定临界状态,对比发现该时刻的弹性应变能亦与能量原理获得的静力平衡相应状态弹性应变能十分接近。
钢结构相关论文范文
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标题：钢结构在现代建筑中的应用与发展
摘要：
随着现代建筑技术的不断发展，钢结构作为一种重要的建筑材料，在建筑设计中得到了广泛应用。
本论文通过综合分析相关文献和实践案例，探讨了钢结构的特点、应用领域以及未来的发展趋势。
钢结构具有轻巧、强度高、抗震性能好、可塑性强等优点，适用于各种建筑类型。
本文还分析了钢结构在工业建筑、商业建筑、桥梁和高层建筑等领域的应用情况，并对其未来研究方向进行了展望。
通过对钢结构的研究和应用，可以为建筑行业提供更多创新的解决方案，同时也为环境保护和可持续发展提供支持。
关键词：钢结构；建筑设计；应用领域；发展趋势
1.引言
钢结构作为一种重要的建筑材料，在现代建筑中得到广泛应用。
它具有轻巧、强度高、抗震性能好、可塑性强等特点，适用于各种建筑类型。
钢结构的应用不仅能够提高建筑的结构强度和稳定性，还能够实现灵活性和可持续性设计。
2.钢结构的特点
2.1轻巧
2.2强度高
2.3抗震性能好
2.4可塑性强
3.钢结构的应用领域
3.1工业建筑
3.2商业建筑
3.3桥梁
3.4高层建筑
4.钢结构的发展趋势
4.1结构优化设计
4.2先进制造技术的应用
4.3基于BIM的建筑设计
4.4可持续性设计和节能建筑的发展
5.结论
钢结构在现代建筑中具有广阔的应用前景。
通过继续研究和创新，可以进一步提高钢结构的性能和可靠性，同时也为建筑行业的可持续发展提供支持。
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1 《中大跨建筑结构体系及选型》课程论文钢结构拱摘要：钢拱结构具有重量轻、强度高等良好的力学性能,非常适合于桥梁、体育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—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、截面薄、变形小的优点，同时又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，因而拱结构具有古典的意味。
路易斯·沙利文说：“拱是最富情绪的构件[1]。
它充满可能性及展望，并富有创造力。
”拱像一把拉满的弓，是一种充满力量的造型，有着强烈的弹性和张力感。
一句古印度谚语说道：“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，拱脚在大跨建筑中的应用分为落地与非落地两种方式。
2、拱可分为无铰拱、两铰拱、三铰拱(图1)。
无铰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，结构的整体刚度较大，且构造简单、施工方便，因此被广泛应用于砌体以及拱结构中。
两铰拱结构整体刚度优于三铰拱，支座沉降等产生的附加内力小于无铰拱。
两铰拱因其构造简单、制作方便等优势，一般应用于中小跨度的建筑中。
大跨建筑中，因拱弧太长，吊装刚度不足，通常则采用三铰拱。
三铰拱是静定结构，其整体刚度相对于前两者较低。
大跨建筑中，三铰拱通常分两段制作，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，而支座的水平位移又不能严格限制时，就应该采用三铰拱的结构类型。
2 《中大跨建筑结构体系及选型》课程论文图1 等截面拱与变截面拱示意图Fig.1 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，但此时推力较大。
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时的临界荷载可知，当 i=0.2—0.3 时，三铰拱的力学性能较好。
此外，矢跨比小的拱结构对初始几何缺陷的敏感程度大，较小矢跨比拱结构需要通过更高的构件加工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，拱屋架的矢跨比大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属空间的形式、大小。
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。
图1 拱的矢跨比分析Fig.1 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矩。
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曲变形。
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。
无铰拱和双铰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,这是拱不同于直杆的一个特点。
三铰拱是以对称形式失稳(图3c) ,但当拱的矢跨比较大时,也可能同双铰拱类似,发生反对称失稳。
3《中大跨建筑结构体系及选型》课程论文图3 拱的屈曲形式 Fig.3 Buckling of arch form2.拱的平面外屈曲如果拱的侧向刚度相对较小,当作用在拱平面内的荷载达到一定临界值,拱也可能先离开其受载的平面,向空间弯扭形式的平衡状态过渡,称为拱的侧倾或侧屈。
显然,拱的面外屈曲临界荷载取决于荷载的性质及分布、拱轴线形、横截面的侧向抗弯和抗扭刚度、拱支座处的约束等。
当大跨度拱桥的宽跨比较小,或者在施工阶段的单片拱肋安装过程中,或者虽然两片拱肋组拼在一起,但横向连接系做得较差时,都有可能在发生面内屈曲之前,先发生拱的侧倾。
即拱的面外屈曲的临界荷载可能低于面内屈曲的临界荷载。
平面的拱轴线在侧倾后是一个空间的曲线,其位移与几何关系用曲线坐标来描述(图4)[2]。
图4 拱的荷载-变形曲线Fig.4 Arch of the load-deformation curves2 结构组成、受力性能与失稳机理钢拱的结构组成钢拱结构具有重量轻、强度高等良好的力学性能，非常适合于桥梁、体育场馆等大跨度和超大跨度结构(图5) ,其主要结构形式有实腹式钢拱、格构式钢拱和索—拱结构3 大类。
实腹式钢拱包括普通截面钢拱以及腹板开洞拱,一般应用于中小跨度结构,其中腹板开洞拱继承了拱和开洞构件的特点,除了承载效率高外,通常在结构通透性要求较高的情况下应用。
格构式截面拱则是钢拱结构与桁架结构的衍生体,以其曲线形式实现弯矩向轴力的转化,并通过格构的方式将弯矩转化为弦杆的轴力,具有更大的结构承载效率,适用于大跨度及超大跨度空间结构。
索—拱结构通过合理的布索,减小拱在承受荷载时对支座产生的水平推力,可以有效控制纯拱结构在非对称荷载下的变形,极大改善了其整体刚度和极限承载能力。
同时,更重要的是通过合理布置拉索,可改善纯拱结构对缺陷的敏感性。
a - 普通实腹截面拱;b - 腹板开洞拱;c - 格构式截面钢拱;d - 索—拱结构图5 钢拱的形式 Fig.5 The form of steel arch钢拱结构在竖向荷载作用下,支座产生水平推力,将外荷载产生的弯矩转化为轴向压力,从而使得其与梁系构件在受力性能上存在本质差别。
相同条件下,拱截面上的弯矩要远小于同跨度梁系结构,提高了结构的承载效率,因此钢拱结构也称为推力结构。
图6 给出了沿全跨竖向均布荷载作用及半跨竖向均布荷载作用下,钢拱结构与同跨度直梁或曲梁(无水平推力) 弯矩的比较,其中M 0 为无推力结构的最大弯矩,可见钢拱结构的最大弯矩只有同跨度直梁或曲梁的1/ 3 。
因此,钢拱结构能够提供充足的内部空间,以其较高的结构承载效率,在土木工程中得到了广泛的应用。
钢拱的受力性能与失稳机理钢拱结构失稳时的破坏机理主要包括两个方面的内容:一是钢拱在失稳过程中荷载—位移历程的发展即平衡路径的跟踪;二是内力如何随着4 《中大跨建筑结构体系及选型》课程论文图6 两铰拱弯矩分布Fig.6 Moment distribution of two-hinged arch图7 两铰拱拱脚推力随矢跨比和荷载幅值的变化Fig.7 Two-hinged arch with the arch thrust load span ratio and amplitude changes荷载—位移历程在拱轴线内的变化[3]。
内力变化与变形的发展二者相互影响,构成了钢拱失稳破坏机理的主要内容。
对钢拱内力分布规律进行充分的研究与掌握,是进一步研究其失稳破坏机理的基础。