拱型波纹钢屋盖结构的平面拱计算模型

实际工程中这种结构的纵向长度一般都大于其跨度，因而远离两端部的屋盖受端部山墙影响较小，另外尽管结构所受荷载沿拱轴线的分布可能是不均匀的，但沿结构纵向的分布一般都是均匀的，这种情况下结构的空间作用并不显著。若忽略结构的空间作用，将其按平面结构来分析则可大大简化分析过程。

拱是一种为广大设计人员所熟悉的结构形式，拱的分析理论较壳体要简单得多，而且计算量也不大，因此作为这种结构简化设计的计算模型是非常适宜的。但是要用实体结构（这是传统的拱给人们的印象）来模拟拱型波纹钢屋盖这种带有细小波纹的薄壁钢结构，在理论上要对结构进行许多简化处理，其中如何考虑结构上小波纹对结构力学性能的影响，以及如何考虑这种薄壁结构的局部稳定性问题，是确立这种结构分析理论的关键。

在利用拱计算模型分析拱型波纹钢屋盖结构时，一些文献采用普通薄壁钢结构中的有效宽度法考虑了结构的局部稳定问题，而几乎所有文献均忽略了结构上横向小波纹的力学影响。这种结构壳体计算模型的分析结果以及试验研究均表明，结构上的小波纹对结构的力学性能具有很大影响，它一方面可提高钢板的局部稳定承载力、增强结构的纵向抗弯刚度，另一方面则削弱结构跨度方向的刚度、降低结构跨度方向的稳定承载力。因此忽略小波纹的影响往往将显著夸大实际结构的刚度，所得理论分析结果是偏于不安全的。另外，波纹板件的局部稳定承载力以及局部失稳的特征都不同于一般的平板，直接套用一般薄壁钢结构规范中有效宽度的计算方法来确定这种带波纹结构有效宽度的做法显然也缺乏理论根据。

在结构所受荷载沿结构纵向均匀分布的前提下，可以将这种结构简化成平面拱结构，取单位宽度的屋盖进行分析。为了在拱计算模型中计入小波纹的力学作用，本文采用了等效正交异性化方法。由于对平面拱结构承载力起作用的结构刚度只有拱平面内的抗弯、抗拉刚度，因此只对这种结构的这两种刚度进行了等效处理。

等效后平板的弹性模量不仅与原来板件的厚度有关，还受波纹深度影响。对于图 2.1 所示截面的拱型槽板，由于成型的需要板件上 A、B 两点的波纹深度是不一样的，因此按照等效正交异性化方法考虑波纹的影响，等效后的 A、B 两点的弹性模量将不一样，而且 B 点的弹性模量要小于 A 点。同理板件上任何两点，只要距截面上端的距离不等，其等效后的弹性模量就不相等。