均布徑向荷載下雙鉸蜂窩鋼拱的撓度研究

袁偉斌,許雷池

(浙江工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，浙江 杭州 310023)

1910年， Chicago Bridge & Iron Company首先開發(fā)了蜂窩構(gòu)件，與材料用量相等的實腹構(gòu)件相比，前者的截面高度更高，繞強軸的慣性矩更大。腹板開孔鋼拱(簡稱蜂窩拱)是一種新型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，結(jié)合了蜂窩梁和拱的特點，也開始在大跨度空間中應(yīng)用開來，如航站樓、體育館、展覽館等。蜂窩構(gòu)件因其腹板孔洞的存在，其剛度沿軸長方向不再具有連續(xù)性，導(dǎo)致其理論分析難度陡增。早先假定蜂窩梁的結(jié)構(gòu)性能和實腹梁相同，取其最薄弱空腹截面的抗彎剛度作為計算剛度[1]。但此方法誤差過大且不能反映蜂窩梁的受力特點。Altfillisch等[2]較早提出了空腹桁架理論，其將蜂窩梁比擬為剛節(jié)點桁架來計算蜂窩梁的正應(yīng)力和撓度。此方法至今仍為通用，后來的學(xué)者在此基礎(chǔ)上不斷改進[3-5]。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值分析方法逐漸受到廣泛應(yīng)用。朗婷等[6]用有限元法研究了蜂窩梁的受力性能和應(yīng)力分布特點。鄭懿等[7]也采用有限元法對蜂窩梁的撓度影響因素進行了分析。袁偉斌等[8-10]采用能量法對蜂窩構(gòu)件進行了理論研究，其中提出可將蜂窩構(gòu)件當作夾層構(gòu)件來進行分析。

上述的研究均是針對蜂窩直梁或柱，對于蜂窩拱的研究相對較少，目前對蜂窩拱的分析主要通過數(shù)值模擬和實驗研究[11-13]，缺少理論研究。筆者借鑒文獻[9]的方法，建立了蜂窩拱的總勢能方程，對均布徑向荷載作用下的兩鉸蜂窩拱的撓度公式進行了推導(dǎo)，并采用ABAQUS有限元軟件進行了求解驗證，為蜂窩拱的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的參考價值。……