单榀或多榀桁架预应力损失对张弦桁架抗震性能影响分析

发布时间：2020-05-25 11:32

【摘要】：随着我国经济迅速发展,近年来国内出现了许多新型现代化的大跨度空间结构,张弦桁架结构是大跨度空间结构的代表之一。张弦桁架结构是由桁架、撑杆和预应力拉索组成的典型刚柔结合体系,其中拉索的预应力对结构的位移、内力有着至关重要的影响。然而,由于预应力结构的施工工艺和材料性能等原因,张弦桁架结构在施工、使用阶段的过程中,拉索的预应力会发生不同程度的损失,影响结构正常使用要求,尤其在地震作用下,存在预应力损失的结构能否保证其安全性是人们关注的重点。本文以广州国际会议展览中心的张弦结构钢屋盖为原型,利用大型通用软件ANSYS的APDL语言进行建模并结合试验数据,重点分析预应力损失下整体张弦桁架的抗震性能,希望能为张弦桁架结构的设计与施工提供一些参考。本文的主要研究内容如下:(1)介绍张弦桁架结构的建模过程以及张拉试验中的索力测定试验,利用频率法得到各榀桁架拉索索力的试验结果:张拉后各索力在2140kN~2283kN,受荷载后索力在3471kN~3776kN;而索力的有限元结果:张拉后各索力在2005kN~2149kN,受荷载后索力在3418kN~4100kN。对比有限元结果,试验结果显示拉索在受载阶段有预应力损失的情况,并且整体张弦桁架中预应力损失的大小、损失榀的数量以及位置具有随机性。(2)考虑结构的几何非线性分别对单榀、双榀桁架预应力损失的张弦桁架模型进行时程分析。结果显示:单榀或双榀桁架预应力损失下结构的地震响应峰值如跨中竖向位移、跨中上弦杆压力、跨中下弦杆拉力、支座下弦杆压力都有不同程度的增大,杆件的安全储备不断减少,当预应力损失30%时,结构已经满足不了正常使用极限状态;得到对结构最不利的双榀桁架预应力损失组合,除跨中下弦杆拉力外,双榀、单榀预应力损失对结构地震响应的影响幅度基本相同。单榀、双榀预应力损失均使得结构的地震响应有不同程度的增大,预应力损失不利于结构的抗震性能。(3)对张弦桁架进行特征值屈曲分析,通过计算得出张弦桁架的屈曲模态以及屈曲荷载系数;考虑结构的几何非线性以及材料非线性对张弦桁架进行结构动力失稳时程分析,结合B-R准则提出结构动力失稳判别方法,判别出结构动力稳定临界荷载;随后列出结构失稳的变形图以及应力状态图,详细分析张弦桁架结构动力失稳的变形情况以及动力失稳前后的应力状态变化。
【图文】：

张弦梁结构,空间,张弦梁,空间受力

（c）多向张弦梁结构（d）辐射式张弦梁结构图 1-3 空间张弦梁结构Fig. 1-3 Forms of space beam string truss structure(a) 单向张弦梁单向张弦梁是通过在单榀平面张弦梁结构之间布置水平横向檩条，使得各榀平面张弦梁共同受力形成的空间受力体系。(b) 双向张弦梁双向张弦梁是将单榀平面张弦梁结构沿纵横两个方向布置，，相互垂直的平面张弦梁传递内力而成的空间受力体系。(c) 多向张弦梁多向张弦梁是将各榀平面张弦梁结构沿多个方向交叉布置，各个方向的平面张弦梁共同受力而成的空间受力体系。(d) 辐射式张弦梁该结构是在中央按辐射状布置上弦梁，在梁下设置撑杆并用环向索连接而形成的多向空间受力体系。

体育馆,前桥,穹顶,绿色

广州大学硕士学位论文张弦结构在建筑结构中的首次应用是在 20 世纪 80 年代，M.saitoh 教授设计的体育馆，平面尺寸为 58m×58m。而到了 20 世纪 90 年代张弦结构开始应用于筑，其中著名的建筑是日本的 Green Dome Maebashi 多功能体育馆（如图 1-5寸为 122m×167m，屋盖高 42m。屋盖由 34 个张弦桁架组成，为辐射式张弦结构
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU323.4

【参考文献】