1、拱形鋼構(gòu)一般以壓彎受力居多,其設(shè)計(jì)需要包含強(qiáng)度、穩(wěn)定以及剛度計(jì)算,還需要進(jìn)行局部穩(wěn)定性計(jì)算。對(duì)于實(shí)腹式與腹板開(kāi)孔拱,局部穩(wěn)定計(jì)算通過(guò)限制板件的寬厚比保證;對(duì)于結(jié)構(gòu)式拱,局部穩(wěn)定指節(jié)間內(nèi)構(gòu)件的穩(wěn)定性。與梁比較,拱稱為推力結(jié)構(gòu)。對(duì)于拱形鋼構(gòu)的設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定計(jì)算是十分重要的內(nèi)容,必須予以高度重視。

　　拱形鋼構(gòu)通常在均布豎向荷載作用下具有較好的承載性能,但是在荷載呈偏跨分布作用下,特別在局部荷載較大的位置,會(huì)產(chǎn)生較大的彎矩,結(jié)構(gòu)受力較為不利。風(fēng)荷載與雪荷載在拱屋面上一般呈現(xiàn)不均勻分布的特點(diǎn),因此需要根據(jù)具體情況確定荷載的最不利分布形式。

（拱形鋼構(gòu)設(shè)計(jì)）

　　2、對(duì)于等截面實(shí)腹式圓弧拱、拋物線拱,腹板開(kāi)圓孔工字形截面圓弧拱、相貫焊接節(jié)點(diǎn)的圓弧形鋼管桁架拱的平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算,已有相應(yīng)的計(jì)算公式。對(duì)于截面與軸線變化復(fù)雜的拱形鋼構(gòu),還沒(méi)有可供設(shè)計(jì)使用的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法,一般可以按照有限元分析方法進(jìn)行計(jì)算。

　　采用有限元法計(jì)算拱平面內(nèi)整體穩(wěn)定承載力時(shí),取拱平面內(nèi)最低階整體屈曲模態(tài)作為初始幾何缺陷的分布形式,其缺陷幅值按拱跨度的1/n取值。對(duì)反對(duì)稱屈曲的拱按《鋼構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017中a、b、c、d類截面分別取n=600、500、400、300。幾何初始缺陷的取值源于德國(guó)DIN18800提供的數(shù)值,其綜合考慮了幾何初始缺陷和殘余應(yīng)力兩項(xiàng)因素的影響。采用彈塑性全過(guò)程有限元分析方法計(jì)算拱形鋼構(gòu)的極限承載力時(shí),其計(jì)算結(jié)果直接與單元類型的選取、拱單元的劃分?jǐn)?shù)量、屈服條件及軟件之間算法的差異、極值點(diǎn)的確定和計(jì)算人員知識(shí)水平的高低等多因素有關(guān),建議拱形鋼構(gòu)的荷載效應(yīng)(按照標(biāo)準(zhǔn)值組合計(jì)算)不要大于拱平面內(nèi)穩(wěn)定承載力計(jì)算值(按照荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合后的比例關(guān)系確定)與K值之比。其中K反映了荷載效應(yīng)(標(biāo)準(zhǔn)值)與結(jié)構(gòu)抗力取值(標(biāo)準(zhǔn)值)的不利影響,再考慮到有限元計(jì)算的不確定因素，K綜合取值2.0。

　　目前對(duì)拱形鋼構(gòu)平面外穩(wěn)定承載力還沒(méi)有可以直接采用的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。采用有限元方法計(jì)算拱平面外穩(wěn)定承載力時(shí),可以同時(shí)取拱平面內(nèi)與平面外的最低階整體屈曲模態(tài)作為初始幾何缺陷的分布形式,其面內(nèi)外缺陷幅值按拱跨度的1/n取值;對(duì)面內(nèi)反對(duì)稱屈曲的拱按《鋼構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017中a、b、c、d類截面分別取n=600、500、400、300。面外缺陷幅值按面外屈曲波長(zhǎng)的1/750取值。按照有限元分析方法計(jì)算拱的平面外穩(wěn)定時(shí),除了考慮拱材料與幾何非線性外,還可以采用能夠反映拱軸線面外變形、繞拱軸線扭轉(zhuǎn)及拱腳實(shí)際約束條件的空間模型,按照這一計(jì)算模型所獲得的計(jì)算結(jié)果反映了拱的空間失穩(wěn)特性。同樣建議拱形鋼構(gòu)的荷載效應(yīng)(按照標(biāo)準(zhǔn)值組合計(jì)算)不能大于拱平面外穩(wěn)定承載力計(jì)算值(按照荷載標(biāo)準(zhǔn)值組合后的比例關(guān)系確定)與K值之比，K綜合取值2.0。

　　3、對(duì)于實(shí)腹式等截面梁,可以采用梁?jiǎn)卧?但單元類型需要充分考慮截面剪切變形的影響。對(duì)于粗短拱或者扁拱,其剪切變形對(duì)其承載力影響較大。如果構(gòu)成截面的板件寬厚比超過(guò)其限值,應(yīng)用殼單元可以考慮板件局部屈曲的影響。對(duì)于腹板開(kāi)孔截而拱,采用梁?jiǎn)卧Ｐ蜁?huì)產(chǎn)生較大的誤差,因而可以采用殼單元亦能考慮板件局部變形的影響。但若能提煉出腹板開(kāi)孔截面拱的簡(jiǎn)化計(jì)算模型,亦可用梁?jiǎn)卧?jì)算。對(duì)于鋼管桁架拱,一般要求弦桿做成弧形曲線,故采用梁?jiǎn)卧芸紤]其附加彎曲變形。條件允許時(shí),可以對(duì)拱采用梁?jiǎn)卧c殼單元分別計(jì)算并取二者的較小值作為承載力設(shè)計(jì)值。特別對(duì)于空腔內(nèi)采用加勁肋的箱形截面拱,采用殼單元更能反映構(gòu)件的實(shí)際受力情況,也可以通過(guò)殼單元進(jìn)一步優(yōu)化截面設(shè)計(jì)以及加勁肋配置。

　　計(jì)算拱形鋼構(gòu)穩(wěn)定承載力,一定要考慮結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性發(fā)展。有限元彈塑性分析時(shí)，鋼材采用理想彈塑性應(yīng)力應(yīng)變曲線常會(huì)出現(xiàn)迭代不收斂現(xiàn)象,故采用適當(dāng)強(qiáng)化的計(jì)算模型以解決收斂問(wèn)題。

　　4、在建筑拱形鋼構(gòu)屋面,通常存在檀條以及屋面板等次構(gòu)件的面外支撐作用,當(dāng)支撐構(gòu)件具有足夠剛度能夠完全限制鋼拱的面外位移或扭轉(zhuǎn)時(shí),能保證鋼拱不發(fā)生整休面外失穩(wěn)。對(duì)于兩鉸拱即拱腳截面處的線位移及繞拱軸切線的扭轉(zhuǎn)角完全受到約束而拱軸在其平而內(nèi)及面外彎曲自由的情況，且面外支撐應(yīng)能充分約束支承點(diǎn)處截面的面外位移與扭轉(zhuǎn)的情況,只要滿足公式，鋼拱的面外失穩(wěn)不先于面內(nèi)失穩(wěn)。