全局布索門式剛架的預應力作用機理及自振頻率研究.pdf

1、現(xiàn)代預應力鋼結構越來越依賴預應力載體的作用，尤其是在弱剛性結構和柔性結構中，預應力載體的地位可以說是舉足輕重，基于此背景，本文在概括和總結先前學者已有研究成果的基礎上提出預應力系統(tǒng)的新概念，并詳細解釋了預應力系統(tǒng)的定義，且對預應力系統(tǒng)的作用機理做出具體闡釋。
　　以本文研究對象——全局布索門式剛架為例，進行數(shù)值模擬結合試驗數(shù)據(jù)分析以驗證預應力系統(tǒng)作用機理的正確性，并以此為基礎，通過內(nèi)力控制得到拉索預應力確定準則，通過變形控制得到拉

2、索截面積的確定準則，從而以確定準則為指導思想獲得預應力參數(shù)的確定方法，進一步通過上述方法求出剛架中預應力系統(tǒng)參數(shù)的具體值并加以驗算。最后本文基于預應力系統(tǒng)的作用機理，考察全局布索門式剛架中預應力參數(shù)變化對結構自振頻率的影響，獲得理想結果。本文主要研究工作和相應結論如下：
　?。?）預應力系統(tǒng)概念的提出及其作用機理介紹
　　提出預應力系統(tǒng)的概念，所謂的預應力系統(tǒng)不僅包括了預應力本身還包括預應力載體（如鋼索、鋼棒、膜材等）。預應

3、力系統(tǒng)中預應力和預應力載體各司其職，缺一不可：預應力不僅能夠為結構提供反力反位移，還能為預應力載體建立剛度和穩(wěn)定性；預應力載體則在預應力的作用下為結構提供額外剛度，調(diào)整結構受力性能；預應力載體為原結構提供的剛度大小與預應力大小無關，而是由預應力載體軸向剛度決定的；但是預應力決定了預應力載體能否發(fā)揮作用，且預應力大小決定了結構在外荷載作用下預應力載體提供剛度所能維持的階段范圍。
　?。?）全局布索門式剛架中預應力系統(tǒng)作用機理的驗證<

4、br>　　以預應力系統(tǒng)為立足點，在SAP2000軟件中對全局布索門式剛架進行數(shù)值模擬計算確定了預應力能夠為結構提供與荷載效應相反效應的作用機理。通過分析剛架受載前后控制截面彎矩變化值、增長率及主要節(jié)點的位移變化得出：有無預應力決定了拉索能否為結構提供剛度，而拉索截面積會影響其為結構提供剛度的大小，預應力大小只是決定了結構在外載作用下拉索提供剛度所能維持的階段范圍。試驗數(shù)據(jù)分析部分也驗證了結論的正確性。
　?。?）全局布索門式剛架的

5、等效計算方法
　　在直線型布索、單折線型布索、雙折線型布索形式的拉索與剛性、半剛性結構組合中，拉索在張拉成形、建立了初始預應力后承受各種荷載的作用，而且由于結構中索段不長，各拉索都具有一定的初始預應力，其非線性的影響很小，因而在計算此類結構內(nèi)力和變形時，可以將索桿視為可以受拉、受壓的二力桿進行分析。全局布索門式剛架屬于此種結構，對其進行內(nèi)力分析時，可以將此剛架將其視作鋼桁架，在計算外載作用下桿件內(nèi)力增量后，線性疊加上初始預應力值，

6、即能得到結構在外荷載作用下的內(nèi)力值，這也更加利于確定參數(shù)時參數(shù)的迭代收斂，也為后續(xù)全局布索門式剛架的預應力參數(shù)確定方法奠定理論基礎。
　　（4）全局布索門式剛架的預應力系統(tǒng)參數(shù)預估方法
　　在前文研究的基礎上，以預應力系統(tǒng)的作用機理為基礎，利用結構力學分析方法結合軟件模擬施加不同預應力參數(shù)值進行比較，得到預應力參數(shù)的確定準則：準則一，剛架中預應力的初始效應與恒載引起的不利效應大致平衡；準則二，剛架在各工況下，預應力系統(tǒng)中各部

7、分拉索均不失效，以保證其能為結構提供剛度；準則三，在滿足預應力系統(tǒng)中預應力初始效應與恒載效應大致相抵消的前提下，預應力載體為結構提供額外剛度使結構在各工況下滿足目標剛度要求。
　　結合全局布索門式剛架中預應力系統(tǒng)的作用機理，根據(jù)參數(shù)確定準則，利用SAP2000有限元分析軟件進行剛架的等效線性運算，求出關鍵影響系數(shù)及工況下內(nèi)力的疊加值等必要參數(shù)，最終通過位移控制確定拉索截面積，利用迭代法求出拉索目標截面積；通過內(nèi)力控制使初始預應力效

8、應與恒載效應大致相抵消，得到有關拉索預拉力的一個恒等式，通過保證拉索在結構使用過程中始終不失效，得到另一個恒等式，從而求解滿足上述條件的等式方程組，即可得到拉索所需預拉力。
　?。?）預應力系統(tǒng)中參數(shù)變化對結構自振頻率的影響
　　本文研究了預應力改變和拉索截面積改變對結構自振頻率的影響：與普通門式剛架相比，全局布索門式剛架的自振頻率大幅度變大，但是全局布索門式剛架中預應力的增大會導致結構自振頻率有小幅度的減??；而改變?nèi)植妓?/p>