大跨度空間索梁和索桁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

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(guó)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(guò)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(chǎng)測(cè)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(wèn)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(duì)兩種結(jié)構(gòu)及對(duì)應(yīng)的兩種布索方式，采用APDL語(yǔ)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(shì)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(duì)比，誤差在4.2～22％之間。采用有限元方法對(duì)索桁結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)

3、分析，對(duì)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(guò)對(duì)變高度曲梁的索梁結(jié)構(gòu)非線性有限元全過(guò)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(duì)不同索徑的索桁結(jié)構(gòu)非線性有限元全過(guò)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?shì)，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(duì)跨中腹索的索長(zhǎng)誤差較為敏感，對(duì)兩側(cè)腹索的敏感性較??；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(duì)跨度為L(zhǎng)/4和3L/4處腹索的索長(zhǎng)誤差較為敏感，對(duì)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(duì)下拉索初始拉力較為敏感，而下懸索被動(dòng)拉力對(duì)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(duì)后期結(jié)構(gòu)變形增量影響不大；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(zhǎng)明顯，加載后期應(yīng)力變化趨緩，結(jié)構(gòu)變形增長(zhǎng)較快；預(yù)應(yīng)力多次張拉時(shí)，前8級(jí)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(jí)加卸載，反映出索桁結(jié)構(gòu)明顯的兩階段受力趨勢(shì)；試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果比對(duì)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