大跨度空間索梁和索桁結構關鍵技術研究.pdf

1、預應力鋼結構是一種充分利用高性能材料的“節(jié)能環(huán)保、綠色低碳”結構體系，符合國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃大力倡導的建筑結構發(fā)展方向。本文為滿足預應力鋼結構工程實踐和發(fā)展的需求，系統(tǒng)研究了大跨度預應力懸索結構中的索梁和索桁結構；通過理論推導、數(shù)值模擬和模型試驗，并結合工程實踐及現(xiàn)場測試，重點闡述丫索梁和索桁結構的設計理論、優(yōu)化設計方法、結構關鍵參數(shù)影響規(guī)律以及整體概念設計等關鍵問題，本文的主要內容和結論如下：
　　1)基于漸進結構優(yōu)化方法，

2、針對兩種結構及對應的兩種布索方式，采用APDL語言進行了參數(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)最大主索應力較為接近，而斜腹索索梁(桁)結構的剛度較大，整體性優(yōu)于平行腹索結構。
　　2)采用變分法勢能駐值原理，推導了索梁結構上懸索索力和腹索索力，索桁結構上、下懸索索力和腹索索力的解析表達式，與有限元分析結果對比，誤差在4.2～22％之間。采用有限元方法對索桁結構進行參數(shù)

3、分析，對比理論計算結果，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構非線性有限元全過程分析，在5倍標準荷載作用以內，結構變形呈線性；對不同索徑的索桁結構非線性有限元全過程分析表明，索桁結構在上、下荷載數(shù)值比例限定時，上、下主索面積比位于0.5～1.5點區(qū)間內，結構剛度較好，呈線性桁架特征；在極限上吸風荷載作用下，索梁結構曲梁有由受彎曲梁演變?yōu)槭芾摴暗内厔?，索桁結構剛度突變，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，敏感性分析結果表明，當以索的初始張力偏差為目標時，結構目標性態(tài)對跨中腹索的索長誤差較為敏感，對兩側腹索的敏感性較?。划斠越Y構的最大位移為目標時，結構目標性態(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。索桁結構背拉索和上懸索被動拉力對下拉索初始拉力較為敏感，而下懸索被動拉力對自身初始拉力較為敏感。
　　5)吉林速滑館(索梁結構)工程實踐表明，與整體模型計算結果

5、相比，采用單榀模型能較為合理地分析該種空間結構；風荷載組合作用下的結構靜力反應大于風荷載作用下結構動力響應，可作為結構設計的控制荷載組合；多次張拉是消除鋼索殘余應變、體系初始拉力建立、結構成型的有效手段；根據(jù)初始變形量分析，初張力主要是幫助結構找形，建立初始剛度，對后期結構變形增量影響不大；現(xiàn)場測試表明，鋼索索力與有限元分析結果相比誤差在-16.51～1.83％范圍內，鋼索安裝及預應力張拉精度滿足結構設計要求。
　　6)索桁結構模

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