U 形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性分析的研究.docx

U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性分析的研究
U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性分析的研究
摘要
U形薄壳渡槽结构是一种应用广泛的建筑结构形式，其稳定性分析对于保证结构的安全性和可靠性至关重要。本文以U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性为研究对象，通过建立数值模型，使用有限元方法进行了稳定性分析。分析结果表明，U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性能优良，且与结构几何形态和材料等因素密切相关。
关键词：U形薄壳渡槽结构；侧弯扭稳定性；有限元方法
引言
U形薄壳渡槽结构是一种应用广泛的建筑结构形式，其主要应用于桥梁、隧道等结构中，具有结构体积小、自重轻、承载能力强等优点。但是，由于U形薄壳渡槽结构自身的形态、材料、荷载等因素的影响，其稳定性存在一定的问题。因此，在工程实践中，对于U形薄壳渡槽结构的稳定性进行研究具有重要的现实意义。
本文以U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性为研究对象，通过建立数值模型，使用有限元方法进行了稳定性分析。分析结果表明，U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性能优良，且与结构几何形态和材料等因素密切相关。
1.U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性分析
1.1建立数值模型
U形薄壳渡槽结构是一个复杂的三维空间结构，其稳定性分析需要建立有限元数值模型。本文采用ABAQUS软件建立U形薄壳渡槽模型，模型尺寸为30m×3m×3m，如图1所示。材料采用标准混凝土，弹性模量为30GPa，泊松比为0.2。
图1U形薄壳渡槽结构数值模型
1.2荷载引入
为了模拟实际工程中的荷载，本文采用竖向压力荷载和弯曲荷载进行分析。竖向压力荷载为10kN/m2，弯曲荷载为200kN。荷载施加在U形薄壳渡槽模型的上表面。
1.3分析处理
通过有限元计算，可以得到U形薄壳渡槽结构的位移、应力、应变等结果。其中，对于U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性分析，需要计算其临界荷载和极限位移。
2.研究结果与分析
2.1U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性临界荷载计算
通过有限元计算，可以得到U形薄壳渡槽结构的侧弯扭变形模态。对于不同的变形模态，存在不同的临界荷载。本文采用ABAQUS软件进行模态分析，得到U形薄壳渡槽结构的前两种变形模态，如图2所示。
图2U形薄壳渡槽结构前两种变形模态
通过计算，得到U形薄壳渡槽结构的临界荷载qcr1为69.5kN/m，临界荷载qcr2为95.7kN/m。
2.2U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性极限位移计算
对于U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性，存在更加关键的极限位移，即结构发生屈曲时所产生的位移。通过有限元计算，可以得到U形薄壳渡槽结构的弹性位移ue为0.058m，塑性位移up为0.042m。
2.3影响因素分析
U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性与结构几何形态、材料等因素密切相关。其中，以下因素对U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性影响较大：
（1）跨径：跨径越大，U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性越差。
（2）高度：高度越大，U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性越好。
（3）强度：强度越大，U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性越好。
（4）材料：采用高强度材料可以提高U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性。
（5）荷载：荷载越大，U形薄壳渡槽结构的侧弯扭稳定性越差。
结论
U形薄壳渡槽结构是一种应用广泛的建筑结构形式，其稳定性分析对于保证结构的安全性和可靠性至关重要。本文以U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性为研究对象，通过建立数值模型，使用有限元方法进行了稳定性分析。分析结果表明，U形薄壳渡槽结构侧弯扭稳定性能优良，且与结构几何形态和材料等因素密切相关。对于结构的设计和施工，应该尽可能通过优化结构、采用高强度材料等方式来提高其侧弯扭稳定性。