金屬拱型波紋屋蓋結(jié)構(gòu)的簡化設(shè)計(jì)方法

金屬拱型波紋屋屋蓋結(jié)構(gòu)的的簡化設(shè)計(jì)計(jì)方法張勇1劉錫錫錫良2王元清1石永久1清華大學(xué)土木木木工程系北京1000008422.天津大學(xué)土木工程程系天津30000072))摘要：金屬拱型型型波紋屋屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)在力力學(xué)性性能上具具有很很強(qiáng)的幾幾何非非線性，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)必必須考考慮幾何何非線線性的影影響。本本文通過過對這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行行線性和和幾何何非線性性對比比分析，找找到到了兩種種計(jì)算算結(jié)果之之間的的對應(yīng)規(guī)規(guī)律，從從而提出出了一一套基于于線性性分析的的簡化化設(shè)計(jì)方方法。本本文運(yùn)用用這套套方法對對若干干實(shí)際工工程進(jìn)進(jìn)行了試試設(shè)計(jì)計(jì)，試設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)結(jié)果證明明了簡簡化設(shè)計(jì)計(jì)方法法的合理理性和和可操作作性。關(guān)鍵詞：金屬拱拱拱型波紋紋屋蓋蓋；簡化化設(shè)計(jì)計(jì)方法；；幾何何非線性性分析析；線性性分析析中文分類號:TTTU3118..1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)識(shí)碼碼：AAsimpliiifieedddesiignnmeethhodfooraarccheddccorrruggateedmettallroooffZhangYYYongg1LiiuuXiiliiangg2WaanngYYuaanqiingg1ShiYYonggjiiu1DepartmmmenttoofCCivvilEnnginneeerinng,,TssinnghuuaUniiveersiityy,BBeiijinng10000884,CChhinaa2.DeeeparrtmmenttoofCCivvilEnnginneeerinng,TTiaanjiinUniiveersiityy,Tiaannjinn330000722,Chhiina)Abstraccct:AArrcheedcorrruugatteddmeetaalrrooofeexhhibiitsssttroonggeeomeetrricaalnonnliineaariitywhhenlooadeed,,whhicchccannnottbbeiignnoreedinsttrucctuurallddesiignn.TThrrougghtheeccompparrisoonanaalyysissoofllinnearraanallyssisanndnnonnlinneaaraanaalyssiss,ttheeruuleesooftheerrelaatiionsshiipbbettweeentheerresuulttsooftheettwomeethoodsswaasfouundd,aanddasiimplliffieddddesiignnmeethhodbaaseddoonllinnearraanallyssisfoortthiiskkinndoofstrruccturrewasspproppossedbyythheautthoorsoffthhisspaapeer.Thherreaasonnabbiliityyanndfeaasiibillittyoofthiismetthoodwwassveeriifieedthrrouughthhettriialdeesiggnofseeverrallprraccticcallprrojjectts..Keyworddds:archeeddcorruuggateedmetallroof;;simppllifiiedddeesiignmeethood;;geommeetriicaalnonliinnearrAAnallyssis;;LLineearrAnnallysiis1引言金屬拱型波紋屋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)的剛剛度較小小，在在荷載作作用下下具有顯顯著幾幾何軟化化特征征，因而而其穩(wěn)穩(wěn)定問題題實(shí)質(zhì)質(zhì)上是一一個(gè)彈彈塑性分分析問問題，其其臨界界荷載是是結(jié)構(gòu)構(gòu)幾何非非線性性和物理理非線線性同時(shí)時(shí)作用用的結(jié)果果[2]。而結(jié)構(gòu)構(gòu)幾幾何、物物理雙雙非線性性分析析方法以以結(jié)構(gòu)構(gòu)非線性性分析析理論為為基礎(chǔ)礎(chǔ)，具有有一定定的理論論難度度，難以以作為為通用的的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)方方法而而為廣大大工程程技術(shù)人人員所所接受。目目前前，在世世界范范圍內(nèi)金金屬拱拱型波紋紋屋蓋蓋結(jié)構(gòu)尚尚未形形成普遍遍接受受的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算算方法。在在我我國這種種結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)通常常由施工工單位位來完成成，施施工單位位確定定結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)后后向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)計(jì)單位位提供屋屋蓋對對下部結(jié)結(jié)構(gòu)的的支承反反力，設(shè)設(shè)計(jì)單位位只進(jìn)進(jìn)行下部部支承承結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)計(jì)。事實(shí)實(shí)上絕絕大多數(shù)數(shù)施工工單位對對這種種結(jié)構(gòu)的的力學(xué)學(xué)性能也也缺乏乏清楚的的認(rèn)識(shí)識(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)參數(shù)數(shù)往往根根據(jù)主主觀經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)來確確定，其其結(jié)果果自然難難以保保證結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)“安全、合合理”，故此這這種種結(jié)構(gòu)的的惡性性工程事事故在在我國時(shí)時(shí)有發(fā)發(fā)生[1]],,[6]]。探探索一種種簡便便、適用用的簡簡化設(shè)計(jì)計(jì)方法法，對于于這種種結(jié)構(gòu)的的健康康發(fā)展具具有非非常緊迫迫的現(xiàn)現(xiàn)實(shí)意義義。本文作者在對金金金屬拱型型波紋紋屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)的理理論分析析與試試驗(yàn)研究究的基基礎(chǔ)上，提提出出了一套套設(shè)計(jì)計(jì)方法，只只需需對結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行行線彈性性分析析，不僅僅易于于理解，而而且且簡便易易行。經(jīng)經(jīng)過大量量工程程試設(shè)計(jì)計(jì)后，該該方法已已被編編制中的的國家家標(biāo)準(zhǔn)《金金屬屬拱型波波紋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)術(shù)規(guī)程》（目目前處于報(bào)批批階段）采用用。本文將詳詳細(xì)介紹這套套簡化設(shè)計(jì)方方法的推導(dǎo)過過程，明確采采用該方法時(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)步驟驟。本文給出出的部分實(shí)際際工程試設(shè)計(jì)計(jì)結(jié)果也在一一定程度上驗(yàn)驗(yàn)證了該方法法的合理性和和可操作性。2金屬拱型波波紋紋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)受力機(jī)機(jī)理分分析金屬拱型波紋屋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)所用用材料與與一般般的壓型型鋼板板相同，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)成型工工藝也也與壓型型鋼板板相似，但但兩兩者在力力學(xué)性性能上卻卻差別別很大：：作為為一種板板架合合一的屋屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)，金金屬拱拱型波紋紋屋蓋蓋目前在在我國國最大跨跨度已已做到38m；而壓型型鋼鋼板在建建筑中中只能配配合梁梁檁使用用，作作為圍護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，跨度度一般般在3m以內(nèi)。這這種種現(xiàn)象的的根本本原因是是兩者者的受力力模式式不同：：金屬屬拱型波波紋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)呈拱拱型（或或筒殼殼）結(jié)構(gòu)構(gòu)受力力機(jī)理，內(nèi)內(nèi)力力分布較較均勻勻，是一一種靠靠合理的的幾何何外形來來提供供較大承承載能能力或跨跨越能能力的結(jié)結(jié)構(gòu)。壓壓型鋼板板的受受力機(jī)理理類似似于梁，而而實(shí)實(shí)腹梁是是一種種最不合合理的的結(jié)構(gòu)形形式。另另外金屬屬拱型型波紋屋屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)由于于成型型的需要要，結(jié)結(jié)構(gòu)板件件上均均勻地壓壓有許許多橫向向小波波紋，這這些小小波紋雖雖然在在一定程程度上上降低了了結(jié)構(gòu)構(gòu)在跨度度方向向的剛度度，但但卻大大大增強(qiáng)強(qiáng)了板件件的局局部穩(wěn)定定性，突突出了結(jié)結(jié)構(gòu)的的殼體受受力特特征，更更為施施工組裝裝過程程中的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件提供供必要要的抗扭扭剛度度。實(shí)際工程中金屬屬屬拱型波波紋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)所受受荷載類類型比比較單一一，設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)要要考慮慮的荷載載主要要有：自自重、保保溫荷載載、吊吊頂荷載載、雪雪荷載（活活荷荷載）、積積灰灰荷載、風(fēng)風(fēng)荷荷載等。文文獻(xiàn)獻(xiàn)[2]根據(jù)這幾幾種種荷載的的特點(diǎn)點(diǎn)將它們們分成成自重類類荷載載、類雪雪荷載載、半跨跨三角角形分布布荷載載以及類類風(fēng)荷荷載等四四類，并并運(yùn)用非非線性性有限元元法對對在這四四類荷荷載作用用下的的不同支支承形形式、不不同矢矢跨比屋屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行行了幾幾何及物物理雙雙非線性性分析析，從中中明確確了這種種結(jié)構(gòu)構(gòu)的受力力機(jī)理理和破壞壞模態(tài)態(tài)。對結(jié)結(jié)構(gòu)受受力機(jī)理理的把把握是探探討結(jié)結(jié)構(gòu)簡化化設(shè)計(jì)計(jì)方法的的基礎(chǔ)礎(chǔ)。圖1軸力為壓力時(shí)的彎矩-荷載關(guān)系曲線Fig.1Moment-loadcurvewhenaxialforceiscompressiveforce圖2軸力為拉力時(shí)的彎矩-荷載關(guān)系曲線Fig.2Moment-loadcurvewhenaxialforceistensileforce由于金屬拱型波波波紋屋蓋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)的板件件較薄薄，因此此截面面剛度小小，在在荷載尤尤其是是非對稱稱荷載載作用下下結(jié)構(gòu)構(gòu)變形較較大。拱拱型結(jié)構(gòu)構(gòu)的軸軸力較大大，而而軸力對對于變變形的作作用也也就是常常說的的P-δ效應(yīng)導(dǎo)致致結(jié)結(jié)構(gòu)彎矩矩內(nèi)力力與外荷荷載之之間呈非非線性性關(guān)系，這這便便是結(jié)構(gòu)構(gòu)的幾幾何非線線性問問題。研研究表表明[2]]在受到到自重、雪雪等等方向向向下的的荷載作作用時(shí)時(shí)，金屬屬拱型型波紋屋屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)的軸軸為壓壓力，結(jié)結(jié)構(gòu)的的位移-荷載曲線線是是上凸曲曲線，結(jié)結(jié)構(gòu)呈整整體失失穩(wěn)破壞壞；結(jié)結(jié)構(gòu)在體體形系系數(shù)按荷荷載規(guī)規(guī)范規(guī)定定的風(fēng)風(fēng)荷載作作用下下，軸力力為拉拉力，結(jié)結(jié)構(gòu)的的位移-荷載曲線線是是下凹曲曲線，結(jié)結(jié)構(gòu)為強(qiáng)強(qiáng)度破破壞。結(jié)結(jié)構(gòu)的的內(nèi)力-荷載曲線線也也表明結(jié)結(jié)構(gòu)的的軸力與與外荷荷載之間間呈線線性關(guān)系系，而而無論軸軸力是是拉力還還是壓壓力（即即何種種荷載形形式）P--δ效應(yīng)都使使結(jié)構(gòu)的彎彎矩內(nèi)力表表現(xiàn)出明顯顯的非線性性。當(dāng)軸力力為壓力時(shí)時(shí)彎矩-荷載曲線線是上凸曲曲線，此時(shí)時(shí)按線性計(jì)計(jì)算得到的的彎矩內(nèi)力力小于非線線性彎矩內(nèi)內(nèi)力（圖1）；當(dāng)軸軸力為拉力力時(shí)彎矩-荷載曲線線是下凹曲曲線，此時(shí)時(shí)按線性計(jì)計(jì)算得到的的彎矩內(nèi)力圖1軸力為壓力時(shí)的彎矩-荷載關(guān)系曲線Fig.1Moment-loadcurvewhenaxialforceiscompressiveforce圖2軸力為拉力時(shí)的彎矩-荷載關(guān)系曲線Fig.2Moment-loadcurvewhenaxialforceistensileforce3金屬拱型波波紋紋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)簡化設(shè)設(shè)計(jì)公公式從非線性分析的的的角度來來考察察，結(jié)構(gòu)構(gòu)的穩(wěn)穩(wěn)定性問問題和和強(qiáng)度問問題是是聯(lián)系在在一起起的。結(jié)結(jié)構(gòu)失失穩(wěn)前的的大變變形導(dǎo)致致彎矩矩內(nèi)力迅迅速增增加，因因此失失穩(wěn)前結(jié)結(jié)構(gòu)一一般都要要進(jìn)入入彈塑性性變形形階段。文文獻(xiàn)獻(xiàn)[2]的分析證證實(shí)實(shí)，作為為一種種薄壁鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)，一旦旦金屬屬拱型波波紋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)上出出現(xiàn)塑性性區(qū)，結(jié)結(jié)構(gòu)剛度度將受受到很大大削弱弱，因而而變形形增加更更快，因因變形而而引起起的附加加彎矩矩也相應(yīng)應(yīng)增大大，塑性性區(qū)將將迅速發(fā)發(fā)展，最最終導(dǎo)致致整個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)的的破壞壞。因此此對這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)要提提出一種種基于于線性分分析的的簡化設(shè)設(shè)計(jì)方方法，必必須解解決的是是如何何通過線線性彎彎矩內(nèi)力力求出出非線性性彎矩矩內(nèi)力，從從而而將穩(wěn)定定問題題轉(zhuǎn)化為為強(qiáng)度度問題并并與強(qiáng)強(qiáng)度問題題一起起計(jì)算。對對于于薄壁結(jié)結(jié)構(gòu)的的強(qiáng)度問問題有有一點(diǎn)已已是共共識(shí)：控控制結(jié)結(jié)構(gòu)于彈彈性工工作階段段，即即采用邊邊緣屈屈服準(zhǔn)則則作為為薄壁結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)的的強(qiáng)度度評判標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。在對這種結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)進(jìn)行非線線性分分析過程程中發(fā)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)二階階彎矩內(nèi)內(nèi)力相相對于一一階彎彎矩內(nèi)力力的變變化幅度度主要要與荷載載類型型及實(shí)際際荷載載和臨界界荷載載之間的的比率率有關(guān)，這這使使得很自自然想想到參照照壓彎彎桿件的的相關(guān)關(guān)公式來來表達(dá)達(dá)這種彎彎矩放放大作用用。因因此本文文采用用了下面面一組組公式作作為這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)的簡簡化設(shè)計(jì)計(jì)公式式：（1）式中Aeq、WWWeq分別為為考考慮了波波紋效效應(yīng)的等等效截截面面積積及等等效截面面抵抗抗矩；、分別為計(jì)計(jì)算算工況下下截面面的一階階軸力力和二階階彎矩矩?？煞址謩e通通過下列列公式式求得：：（2）（3）其中：計(jì)算工況況況中第種設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)荷載作作用下下的單位位寬度度截面的的一階階軸力；；為計(jì)計(jì)算工況況中第第種設(shè)計(jì)荷荷載載作用下下的單單位寬度度截面面的一階階彎矩矩；為與計(jì)計(jì)算算工況中中第類類設(shè)計(jì)荷荷載相相對應(yīng)的的彎矩矩放大系系數(shù)。前前面已經(jīng)經(jīng)提到到對于封封閉的的拱型結(jié)結(jié)構(gòu)，在在風(fēng)荷載載作用用下彎矩矩內(nèi)力力與外荷荷載的的關(guān)系曲曲線是是上凹的的，即即一階彎彎矩比比二階彎彎矩（即即實(shí)際彎彎矩）大大，因此此為了了簡便，不不再再縮小風(fēng)風(fēng)荷載載作用下下的一一階彎矩矩，此此時(shí)彎矩矩放大大系數(shù)，其其他他設(shè)計(jì)荷荷載作作用下的的彎矩矩放大系系數(shù)可可通過下下式求求得：（4）其中的為彎矩調(diào)調(diào)調(diào)整系數(shù)數(shù)，與與支承條條件、荷荷載類型型及結(jié)結(jié)構(gòu)的矢矢跨比比有關(guān)。為為計(jì)計(jì)算工況況中第第類荷載設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)值；為拱拱型型屋蓋在在計(jì)算算工況中中第類類荷載作作用下下的彈性性臨界界荷載：：（5）式中的為考慮了了了波紋效效應(yīng)的的結(jié)構(gòu)等等效截截面慣性性矩；；為臨界荷荷載載系數(shù)，本本文文作者在在文獻(xiàn)獻(xiàn)[4]中推導(dǎo)出出（5）式，并并給給出了不不同條條件下的的值。如前所述，這種種種結(jié)構(gòu)的的板件件上分布布著很很多軋制制小波波紋，小小波紋紋對板件件的局局部剛度度和結(jié)結(jié)構(gòu)的整整體剛剛度都有有很大大的影響響，文文獻(xiàn)[3]分析了這這種種影響，并并按按等剛度度原則則給出了了等效效截面剛剛度、、的計(jì)算方方法法。到目前為止以上上上公式中中只有有一個(gè)參參數(shù)尚尚未確定定，這這就是彎彎矩調(diào)調(diào)整系數(shù)數(shù)。根根據(jù)（2）式及（33）式，可通通過過下式求求出：：（6）這里的即為二階階階分析得得到的的彎矩。為為了了求解上上式，必必須對結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行二階階與一一階計(jì)算算結(jié)果果的對比比分析析。首先先對結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行行一階階分析，求求得得各種荷荷載水水平下的一一階階最大彎彎矩，然然后進(jìn)行行二階階彈性分分析，求求得作用下下結(jié)結(jié)構(gòu)的二二階最最大彎矩矩。由由于值是通通過過結(jié)構(gòu)的的最大大彎矩求求出的的，因此此嚴(yán)格格意義上上說公公式（4）中的應(yīng)為為最最大彎矩矩放大大系數(shù)，分分析析表明采采用最最大彎矩矩放大大系數(shù)來來放大大結(jié)構(gòu)各各截面面上的一一階彎彎矩得到到的結(jié)結(jié)果與采采用各各截面相相應(yīng)彎彎矩放大大系數(shù)數(shù)得到的的結(jié)果果差別不不大，且且偏于安安全。本文大量的參數(shù)數(shù)數(shù)分析表表明，在在支承條條件一一定的情情況下下的取值僅僅與與荷載類類型、的比比值及結(jié)構(gòu)構(gòu)矢跨比有有關(guān)。接下下來本文將將求出各種種荷載類型型下的彎矩矩調(diào)整系數(shù)數(shù)。為了節(jié)節(jié)約篇幅，本本文只給出出部分結(jié)果果的分析過過程。3.1鉸支結(jié)結(jié)結(jié)構(gòu)在自自重類類荷載作作用下下的彎矩矩調(diào)整整系數(shù)圖3為矢跨比為為00.25的的鉸鉸支結(jié)構(gòu)構(gòu)穩(wěn)定定承載力力系數(shù)數(shù)隨變化的關(guān)關(guān)系系曲線。圖圖中中包含了了188條曲線，每每每條曲線線代表表一特定定跨度度及板厚厚結(jié)構(gòu)構(gòu)的計(jì)算算結(jié)果果?；颈局睾虾系膸讞l條曲線線代表的的結(jié)構(gòu)構(gòu)跨度相相同而而板厚不不同。從從此圖中中可以以看出在在自重重類荷載載作用用下隨著著跨度度的變化化有所所改變，但但變變化的幅幅度不不大（變變化幅幅度在0..000255之間間，約占占最小小取值的的0..65%%）。當(dāng)當(dāng)結(jié)構(gòu)跨跨度一一定、板板厚改改變時(shí)幾乎乎不不發(fā)生變變化。本本文認(rèn)為為隨結(jié)結(jié)構(gòu)跨度度也不不應(yīng)改變變，這這是這種種結(jié)構(gòu)構(gòu)的內(nèi)部部規(guī)律律。計(jì)算算時(shí)之之所以出出現(xiàn)值值隨跨度度改變變而波動(dòng)動(dòng)的現(xiàn)現(xiàn)象，主主要和和計(jì)算模模型引引起的系系統(tǒng)偏偏差及公公式（6）中各參參數(shù)存在誤誤差有關(guān)。圖4為當(dāng)矢跨比為0.4時(shí)的分析結(jié)果。此圖中同樣包含18條曲線，每條曲線代表一跨度及板厚確定的結(jié)構(gòu)，可以看出這18條曲線幾乎完全重合在一起。這證明了與結(jié)構(gòu)跨度及所用板厚無關(guān)。當(dāng)結(jié)構(gòu)矢跨比分分分別取0..115、0.2、0.300、0.355及0.455時(shí)也也可得出出類似似的結(jié)果果。總總的說來來結(jié)構(gòu)構(gòu)的矢跨跨比越越小，隨結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)跨度的的改變變波動(dòng)的的幅度度越大。但但各各種矢跨跨比下下，波動(dòng)的的絕絕對幅度度都不不大。圖3矢跨比0.25Fig.3Therisetospanratiois0.25圖4矢跨比0.40Fig.4Therisetospanratiois0.40圖5自重類荷載下的彎矩調(diào)整系數(shù)Fig.5Momentadjustingfactorunderself-weighttypeload圖6類雪荷載下的彎矩調(diào)整系數(shù)Fig.6Momentadjustingfactorundersnow-loadtypeload選擇每種矢跨比比比下值較大大的的一條曲曲線畫畫在一起起（圖圖5），從中中可可以看出出隨結(jié)結(jié)構(gòu)矢跨跨比改改變而變變化的的具體情情況。不不難看出出隨著著矢跨比比的改改變值的增增減減規(guī)律不不明顯顯，但是是總的的說來變化化的的幅度不不大（約約8%）。另另外外，圖中中各條條曲線都都比較較平緩，這這說說明隨變化的幅幅度度也不大大。為為了便于于設(shè)計(jì)計(jì)，本圖3矢跨比0.25Fig.3Therisetospanratiois0.25圖4矢跨比0.40Fig.4Therisetospanratiois0.40圖5自重類荷載下的彎矩調(diào)整系數(shù)Fig.5Momentadjustingfactorunderself-weighttypeload圖6類雪荷載下的彎矩調(diào)整系數(shù)Fig.6Momentadjustingfactorundersnow-loadtypeload3.2鉸支結(jié)結(jié)結(jié)構(gòu)在類類雪荷荷載作用用下的的彎矩調(diào)調(diào)整系系數(shù)金屬拱型波紋屋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)在類類雪荷載載作用用下的變化化情情況類似似于自自重類荷荷載作作用下的的情況況，因此此本文文僅將最最后的的結(jié)果繪繪于圖圖6中。從圖圖中中可以看看出值值隨矢跨跨比改改變而產(chǎn)產(chǎn)生的的波動(dòng)也也不大大（約9..55%），另另外外各條曲曲線也也較平直直。為為簡化設(shè)設(shè)計(jì)，本本文統(tǒng)一一取類類雪荷載載作用用下結(jié)構(gòu)構(gòu)的彎彎矩調(diào)整整系數(shù)數(shù)＝0.41。該取值值含含蓋了圖圖中所所有曲線線，因因此偏于于安全全的。.3.1.3鉸支結(jié)構(gòu)構(gòu)在在半跨三三角形形荷載作作用下下的彎矩矩調(diào)整整系數(shù)圖7半跨荷載下的彎矩調(diào)整系數(shù)Fig.7Momentadjustingfactorunderhalfspanload半跨三角形荷載載載作用下下各種種矢跨比比結(jié)構(gòu)構(gòu)的曲線繪繪于于圖7中。從圖圖中中可以看看出隨隨著矢跨跨比的的增減值變變化化非常顯顯著，此此時(shí)若只只選取取一個(gè)值值作為為該工況況下的的彎矩調(diào)調(diào)整系系數(shù)，其其設(shè)計(jì)計(jì)結(jié)果偏偏差較較大。故故此將將圖中曲曲線分分成兩類類，矢矢跨比不不大于于0.3時(shí)，曲線比比較較平緩，可可以以歸為一一類，取?。?.6；矢跨比比大大于0.33時(shí)，與之間明顯顯呈呈非線性性關(guān)系系，且各各條曲曲線的距距離較較近，因因而歸歸為另一一類，取取＝0.5885503++0..0799522×(q/qcrr)-0..0033122×(q/qcrr)2+0..0026888××(q/qcrr)3。分析表表明明在半跨跨荷載載作用下下，這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)的彈彈性穩(wěn)定定承載載力遠(yuǎn)大大于彈彈塑性穩(wěn)穩(wěn)定承承載力，因因此此圖中值較較大大（>0..55）處的曲線線已已不具有有實(shí)際際意義。圖7半跨荷載下的彎矩調(diào)整系數(shù)Fig.7Momentadjustingfactorunderhalfspanload同樣的推導(dǎo)過程程程可求出出固支支結(jié)構(gòu)在在上述述荷載類類型下下的彎矩矩調(diào)整整系數(shù)。顯顯然然固支拱拱型結(jié)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)穩(wěn)定承承載力要要顯著著大于鉸鉸支結(jié)結(jié)構(gòu)。由由于實(shí)實(shí)際工程程中，這這種結(jié)構(gòu)構(gòu)在拱拱腳處很很難做做到理想想固支支，實(shí)際際采用用的支座座形式式基本都都為鉸鉸支座，因因此此本文不不再列列出固支支時(shí)的的彎矩調(diào)調(diào)整系系數(shù)。4、金屬拱型波波波紋屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)步步驟根據(jù)本文推導(dǎo)簡簡簡化設(shè)計(jì)計(jì)公式式的過程程及思思路，可可總結(jié)結(jié)按照上上述方方法設(shè)計(jì)計(jì)金屬屬拱型波波紋屋屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)的步步驟如下下：對結(jié)構(gòu)所受各類類類荷載進(jìn)進(jìn)行組組合，確定各種種工工況下各各類荷荷載的設(shè)設(shè)計(jì)值值；對于多雪地區(qū)，須須考慮半跨非非均布雪荷載載的作用。因因此一般情況況下設(shè)計(jì)時(shí)要要考慮的荷載載組合類型有有：自重類荷載＋全全全跨均布布雪荷荷載/活荷載自重類荷載＋全全全跨均布布雪荷荷載/活荷載＋＋風(fēng)風(fēng)荷載自重類荷載＋風(fēng)風(fēng)風(fēng)荷載自重類荷載＋半半半跨三角角形分分布雪荷荷載自重類荷載＋半半半跨三角角形分分布雪荷荷載＋＋風(fēng)荷載載（2）按照文獻(xiàn)獻(xiàn)[[3]提供的方方法法計(jì)算結(jié)結(jié)構(gòu)單單位寬度度截面面的各等等效彈彈性常數(shù)數(shù)；（3）按照線彈彈性性理論計(jì)算算算出結(jié)構(gòu)構(gòu)在各各種設(shè)計(jì)計(jì)荷載載下的各各截面面的彎矩矩和軸軸力。（4）利用公式式（5）求出各各類類荷載對對應(yīng)的的結(jié)構(gòu)彈彈性臨臨界荷載載：（5）利用公式式（4）求出各各類類設(shè)計(jì)荷荷載對對應(yīng)的彎彎矩放放大系數(shù)數(shù)，并并進(jìn)而利利用公公式（2）和公式式（33）求出特特定定荷載工工況下下結(jié)構(gòu)各各截面面的一階階軸力力及二階彎彎矩矩。（6）按照公式式（1）驗(yàn)算各各工工況下結(jié)結(jié)構(gòu)各各截面的的承載載力。5、工程試設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)本文運(yùn)用前面推推推導(dǎo)的簡簡化設(shè)設(shè)計(jì)公式式，并并根據(jù)上上一節(jié)節(jié)的簡化化設(shè)計(jì)計(jì)步驟編編制了了金屬拱拱型波波紋屋蓋蓋設(shè)計(jì)計(jì)軟件（AACCMRSSAPP）。該軟軟件件采用VBB語言編程程，具有有很好好的用戶戶界面面，能夠夠自動(dòng)動(dòng)進(jìn)行荷荷載組組合并對對各種種荷載工工況下下的結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行行內(nèi)力分分析及及承載力力驗(yàn)算算，可以以圖形形顯示并并從圖圖上查詢詢各種種計(jì)算結(jié)結(jié)果，可可以直接接打印印結(jié)構(gòu)內(nèi)內(nèi)力圖圖及設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算算書。本本文運(yùn)運(yùn)用此軟軟件進(jìn)進(jìn)行了大大量的的工程試試設(shè)計(jì)計(jì)，均得得到較較滿意結(jié)結(jié)果。下下面將列列舉出出其中三三個(gè)工工程的設(shè)設(shè)計(jì)結(jié)結(jié)果。5．1工程一一結(jié)構(gòu)參數(shù)：跨度度度30m，拱拱高高6m，板厚厚1.44mm，板板型MIC-240，支座座類類型鉸支支座，鋼鋼板屈服服強(qiáng)度度280MMPPa，設(shè)計(jì)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度235MPPaa荷載標(biāo)準(zhǔn)值：自自自重0.2200kN//m22，基本雪雪壓壓0.755kkN/mm2，活荷載載0..30kkN//m2，基本風(fēng)風(fēng)壓壓0.600kkN/mm2計(jì)算結(jié)果：截面面面最大應(yīng)應(yīng)力420.4MPa>>235MPaa結(jié)構(gòu)不安安全全。該工程為一實(shí)際際際工程，工工程程地點(diǎn)在在烏魯魯木齊市市。工工程完工工于11999年6月，于200000年1月在一場場大大雪后倒倒塌。對對事故現(xiàn)現(xiàn)場的的勘測表表明此此工程施施工質(zhì)質(zhì)量很好好。5．2工程二二結(jié)構(gòu)參數(shù)：跨度度度33m，拱拱高高6.6mm，板板厚1.2255mm，板板型MIC-240，支座座類類型鉸支支座，板板屈服強(qiáng)強(qiáng)度2280MMPaa，設(shè)計(jì)強(qiáng)強(qiáng)度235MPPaa荷載標(biāo)準(zhǔn)值：自自自重0.1188kN//m22，基本雪雪壓壓0.400kkN/mm2，活荷載載0..30kkN//m2，基本風(fēng)風(fēng)壓壓0.555kkN/mm2計(jì)算結(jié)果：截面面面最大應(yīng)應(yīng)力291.9MPa>>235MPaa結(jié)構(gòu)不安安全全。此工程也是一事事事故工程程，建建于199955年并于199997年1月在一場場大大雪后塌塌落，工工程地點(diǎn)點(diǎn)在遼遼寧省鞍鞍山市市。在事事故現(xiàn)現(xiàn)場的足