拱结构具有良好的受力性能和审美价值,是被广泛应用的结构型式之一,但拱结构在反对称荷载作用下其受力性能较差,另外,拱结构支座的水平反力很大,要求下部支承结构有较大的水平刚度,而对于屋面结构满足此要求在实际工程中很难实现,索拱结构是拱与索的杂交结构,与无索拱相比其受力性能提高了很多,尤其是反对称荷载下更是如此,同时,其水平反力得到了控制。对于支座水平刚度要求的减少使得实际应用相当方便。本文对索拱结构进行了深入的研究,为该结构在实际工程中应用打下了坚实的基础。本文工作的具体内容有: 1、全面回顾了拱及其组合结构的结构形式以及索拱结构形式的来源、目前存在的问题和研究现状,并指出拱的组合结构以其良好的受力性能、审美价值以及丰富的组合形式是一种很有生命力的结构形式,在实际工程中具有广泛的应用前景。 2、索拱结构为大跨度柔性结构,只有用几何非线性分析方法对其稳定性研究,才可满足工程的实际需要,本文采用的几何非线性有限元方法是进行分析的更精确完善的力学模式,基于虚功原理,推导出了U.L.格式的空间梁元和索元的几何非线性有限元公式,采用Newton—Raphson法和弧长法求解了非线性平衡过程。 3、由于索拱结构中的矢跨比,荷载作用方式对索拱结构的稳定性起至关重要的作用,本文就六种索拱结构在不同矢跨比,及不同荷载作用方式下的特征值、极值荷载和整体刚度进行了讨论,就六种索拱结构的稳定性进行了对比研究。得到了每种索拱结构的受力性能。