为研究拱形屋盖结构的承载能力，运用有限元计算软件ansys建立了某拱形屋盖结构的平面模型，并对模型进行加载。通过有限元分析，得到了拱形屋盖结构在自重以及集中荷载下的应力以及变形情况，所得结论可为相关结构的设计提供参考 。

关键词： 拱形结构； 应力； 变形

0　引言

拱形屋顶就是用专业机组制作成具有波纹的拱形钢板，并经过锁缝连接并安装形成的拱形屋盖结构。拱形屋盖结构的结构形式具有施工简易、造价低、外形美观、承载能力好、材料方便等优势，因而成为我国目前大跨度仓库中最常用的结构形式之一。由于该结构的临界承载能力是物理以及结构共同作用的结果，其结构受力形式较一般的钢架结构体系复杂。

1　典型事故

由于对结构特性的认识不足，以及相关施工经验的缺乏，我国出现了多起大跨拱形屋盖结构坍塌事件，造成了较大的经济损失以及人员伤亡。我国北部某地区接连下了多场大雪，根据相关报道降雪量为多年罕见，并伴有大风。此次降雪共造成该地区10余处拱形屋盖结构发生了坍塌，所照成的经济损失超过数千万元。除此以外，我国东北某地区突发暴风雪，并伴有6级大风，造成了当地多处大跨拱形屋盖结构如游泳馆、库房、训练馆等发生了坍塌，并造成了400余万元的经济损失。

事故发生以后，有关专家对事故原因进行分析。得到以上两个大跨拱形屋盖结构坍塌事故的多方面原因，但是主要原因是此类结构是新引进的结构形式，国内对于拱形屋盖结构的相关性能尚未有明确的认知，设计方法不成熟，对结构的承载能力预测不足。

2　有限元计算

为了了解拱形屋盖结构的承载能力，运用ansys有限元计算软件对拱形屋盖结构建立模型。本例为一个跨度为15 m、高为10 m的厂房结构，上部拱顶拱高为5 m，对拱形屋盖结构建立模型后并划分网格进行求解，本结构使用固定端进行约束，并在拱顶上施加30 kN的单向集中荷载。

对有限元模型进行求解以后，可以通用进行后处理查看结构的变形以及应力等静力响应指标。所得到的模型静力响应云图如图1、图2所示。

图1　拱形屋盖结构变形云图

图2　拱形屋盖结构应力云图

根据图1、图2可以看出，在上部拱顶上施加了单向集中荷载以后，拱形屋盖结构的应力以及变形具有较大的变化，。由于在拱顶上施加的荷载，因此拱顶的变形量最大，变化量为4.3 cm，由于支柱底部有固定端进行约束，因此所发生的位移量最小，变形量为0，除此以外，由于拱形结构在受到上部竖向力作用下会产生一定的水平推力，因此连接俩拱脚支点的横向拉杆产生了较大的拉伸变形。根据拱形屋盖结构应力云图也可以看出，由于拱式结构具有较好的分散受力优势，因此上部拱形结构所受的应力响应量较小，由于固定端的约束，因此支柱底端的应力量最大，为87.3 MPa，由于拱脚应力与支柱脚步的应力方向相反，因此在支柱中部的应力最小，为2 983 Pa，这与钢架结构在上部施加竖向荷载后的应力变化形式是有区别的。

3　结语

根据对拱形屋盖平面结构进行有限元分析，可以得到其在竖向作用下的承载能力，拱结构的屋顶在收到竖向力作用的时候，会产生一定的水平推力，而作为库房的拱形屋盖结构常常是以带构造柱砌体墙作为下部结构，此时的砌体结构很难承受水平推力。

除了结构体系的受力选择不当之外，还与此类结构的施工方案不成熟、施工管理混乱等原因有关，在今后对此类结构的设计与施工应当更为注意。