大跨度空間索梁和索桁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)是一種充分利用高性能材料的“節(jié)能環(huán)保、綠色低碳”結(jié)構(gòu)體系,符合國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃大力倡導(dǎo)的建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展方向。本文為滿足預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐和發(fā)展的需求,系統(tǒng)研究了大跨度預(yù)應(yīng)力懸索結(jié)構(gòu)中的索梁和索桁結(jié)構(gòu);通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn),并結(jié)合工程實(shí)踐及現(xiàn)場測試,重點(diǎn)闡述丫索梁和索桁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)影響規(guī)律以及整體概念設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題,本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
  1)基于漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,

2、針對兩種結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的兩種布索方式,采用APDL語言進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化分析,得到了兩種腹索優(yōu)化布置形式--斜腹索和平行腹索。在同等條件下,斜腹索和平行腹索索梁(桁)最大主索應(yīng)力較為接近,而斜腹索索梁(桁)結(jié)構(gòu)的剛度較大,整體性優(yōu)于平行腹索結(jié)構(gòu)。
  2)采用變分法勢能駐值原理,推導(dǎo)了索梁結(jié)構(gòu)上懸索索力和腹索索力,索桁結(jié)構(gòu)上、下懸索索力和腹索索力的解析表達(dá)式,與有限元分析結(jié)果對比,誤差在4.2~22%之間。采用有限元方法對索桁結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)

3、分析,對比理論計(jì)算結(jié)果,給出了理論公式的修正系數(shù)。
  3)通過對變高度曲梁的索梁結(jié)構(gòu)非線性有限元全過程分析,在5倍標(biāo)準(zhǔn)荷載作用以內(nèi),結(jié)構(gòu)變形呈線性;對不同索徑的索桁結(jié)構(gòu)非線性有限元全過程分析表明,索桁結(jié)構(gòu)在上、下荷載數(shù)值比例限定時(shí),上、下主索面積比位于0.5~1.5點(diǎn)區(qū)間內(nèi),結(jié)構(gòu)剛度較好,呈線性桁架特征;在極限上吸風(fēng)荷載作用下,索梁結(jié)構(gòu)曲梁有由受彎曲梁演變?yōu)槭芾摴暗内厔?,索桁結(jié)構(gòu)剛度突變,表現(xiàn)出下懸索單索受力,有明顯兩階段受力

4、的特征。
  4)采用蒙特卡羅法,敏感性分析結(jié)果表明,當(dāng)以索的初始張力偏差為目標(biāo)時(shí),結(jié)構(gòu)目標(biāo)性態(tài)對跨中腹索的索長誤差較為敏感,對兩側(cè)腹索的敏感性較小;當(dāng)以結(jié)構(gòu)的最大位移為目標(biāo)時(shí),結(jié)構(gòu)目標(biāo)性態(tài)對跨度為L/4和3L/4處腹索的索長誤差較為敏感,對其余部分腹索的敏感性較小。索桁結(jié)構(gòu)背拉索和上懸索被動(dòng)拉力對下拉索初始拉力較為敏感,而下懸索被動(dòng)拉力對自身初始拉力較為敏感。
  5)吉林速滑館(索梁結(jié)構(gòu))工程實(shí)踐表明,與整體模型計(jì)算結(jié)果

5、相比,采用單榀模型能較為合理地分析該種空間結(jié)構(gòu);風(fēng)荷載組合作用下的結(jié)構(gòu)靜力反應(yīng)大于風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng),可作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制荷載組合;多次張拉是消除鋼索殘余應(yīng)變、體系初始拉力建立、結(jié)構(gòu)成型的有效手段;根據(jù)初始變形量分析,初張力主要是幫助結(jié)構(gòu)找形,建立初始剛度,對后期結(jié)構(gòu)變形增量影響不大;現(xiàn)場測試表明,鋼索索力與有限元分析結(jié)果相比誤差在-16.51~1.83%范圍內(nèi),鋼索安裝及預(yù)應(yīng)力張拉精度滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
  6)索桁結(jié)構(gòu)模

6、型試驗(yàn)表明,加載初期,上、下懸索應(yīng)力增長明顯,加載后期應(yīng)力變化趨緩,結(jié)構(gòu)變形增長較快;預(yù)應(yīng)力多次張拉時(shí),前8級張拉以應(yīng)力控制為主,結(jié)構(gòu)幾何穩(wěn)定后,預(yù)應(yīng)力張拉以控制結(jié)構(gòu)變形為主;上、下懸索在卸載后的殘余應(yīng)變值顯示,反復(fù)張拉可有效消除大部分鋼索殘余應(yīng)力;正負(fù)向25級加卸載,反映出索桁結(jié)構(gòu)明顯的兩階段受力趨勢;試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果比對誤差在1.11~14.65%范圍內(nèi),可滿足工程精度的要求。
  7)根據(jù)結(jié)構(gòu)理論分析、參數(shù)分析和模型

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