谈谈模型大跨钢拱结构安全评估模型

论文导读：求可概括为安全性、适用性和耐久性，对于结构的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：

1.1整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等)1

摘要：近几十年来，随着我国在经济和文化方面不断发展，大跨度钢结构建筑在我国如雨后春笋般兴起，许多建筑因其结构独特新颖成为了一个城市的地标，然而大跨度钢结构作为一种新型的结构形式，在设计和建造中可依据的规范和经验较少，钢结构本身也存在着连接、材性、疲劳、应力集中、焊接等缺陷，将直接影响着大跨度钢结构的安全。本文根据大跨钢拱结构受力特点，在基本假定的基础上对某大学体育馆建立了大跨钢拱结构的模型，为大跨钢结构的安全评估做了一些有益的探索，为类似工程的安全评估提供参考。
关键词：大跨钢拱结构；简化模型；安全评估

1、大跨钢拱结构简化模型的基本假定

1.1 国家规范对结构安全性的规定

根据我国《建筑结构可靠度设计统一标准》，建筑结构应该满足的功能要求可概括为安全性、适用性和耐久性，对于结构的极限状态可分为承载能力极限状态和正常使用极限状态。
承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的变形。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：

1.1 整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等)

1.1.2 结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)， 或因过度变形而不适于继续承载

1.3 结构转变为机动体系

1.4 结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)

1.5 地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)

正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了正常使用极限状态：
（1）影响正常使用或外观的变形
（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝)
（3）影响正常使用的振动
（4）影响正常使用的其他特定状态
当结构超过承载能力极限状态后，结构和构件就不能满足安全性的要求，当结构超过正常使用能力极限状态后，结构和构件就不能满足适用性、耐久性的要求。所以对于安全性评估一般可以归纳为可靠性评估之中。

1.2 基本假定

1.

2.1 假定拱形主梁两端与地面为铰接

图

1.1板铰支座 图2 系杆与曲梁连接

大跨度钢拱结构一般对支座位移较为敏感，充分考虑到大跨钢拱结构支座位移这一特点，工程中支座采用刚架平面内放松的板铰形式。

1.2.2 假定系杆端部加腋后与曲梁的翼缘为刚接，支撑与曲梁的连接为铰接

由于刚性系杆端部加腋后与曲梁的翼缘对焊，使得两者的连接接近于刚性,故结构模型将两者之间的节点考虑为刚接，支撑与曲梁的连接为铰接。

1.2.3 曲梁简化为山形门式框架[3]

将本工程的模型简化为山形门式框架，按照山形门式框架稳定计算方法，将标高7.385 m以下构件的平面外计算长度根据刚性系杆的间距设为2 m，平面内计算长度设为14 m，标高7.385 m以上构件的平面外计算长度根据刚性系杆的间距设为7 m，平面计算长度按拱的跨度设为4

6.5 m。

2、工程实例

该建筑是西安某高校体育训练馆，其结构形式为单层轻型门式刚架，建筑面积约5000m2，建筑总长120米，主要受力刚架的单跨最大跨度为46.5米，高度13.7米，抗震设防烈度为8度，场地特征周期为0.4s，结构阻尼比取0.02，截面采用焊接H型钢，材质采用Q345B，主刚架钢材最大截面规格为H1180×300×12×20，系杆截面为H400×200×6×12，支撑截面为H300×200×8×摘自：本科生毕业论文www.7ctime.com
12，其结构平面布置图如图

2.1所示。主要受力刚架立面图如图2所示[4]。

本工程荷载标准值情况如下

图

2.1 大跨钢拱结构平面布置图

图

2.2主受力刚架立面图

3、大跨钢拱结构的简化模型

对于大跨钢拱架结构，各控制截面应力应变水平很低，故结构的稳定性对结构的安全性起到控制作用，在充分考虑大跨钢拱结构稳定性的的基础上，对大跨钢拱结构提出以下简化模型。
通过基本假定，相当于将每个构件都放入简化的山形门式框架中进行稳定计算,构件受力状况保持不变。这样假定后得到的稳定计算结果应该是偏于保守的。
图

3.1 简化模型简图

4、结论
本文根据大跨钢拱结构受力特点，在基本假定的基论文导读：了一些有益的探索，为类似工程的安全评估提供参考。参考文献梁兴文.混凝土结构设计原理北京:科学出版社门式刚架轻型房屋钢结构技术规程.北京:中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会.中国建筑标准设计研究所潘阳,郝际平,薛强,蒋军.某大学体育馆钢结构拱形框架结构设计SteelConstruction12006(4)
础上对某大学体育馆建立了大跨钢拱结构的模型，为大跨钢结构的安全评估做了一些有益的探索，为类似工程的安全评估提供参考。
参考文献
梁兴文.混凝土结构设计原理 北京:科学出版社
门式刚架轻型房屋钢结构技术规程. 北京:中国建筑金属结构协会建筑钢结构委员会. 中国建筑标准设计研究所
[3] 潘阳,郝际平,薛强,蒋军. 某大学体育馆钢结构拱形框架结构设计 Steel Construction1 2006(4),Vol121,No187
[4] 曹欣. 大跨度多弧形钢拱结构的受力性能研究. 西安建筑科技大学硕士论文