拉索索丝应力分布规律及索夹节点优化研究

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1、拉索索丝应力分布规律及索夹节点优化研究1绪言1.1引言建设环境友好型和资源节约型社会已成为当代中国的主题。对于建筑结构，不但要满足安全性和适用性的要求，还要兼具美观和经济的功能。以张拉整体概念为基础的各种预应力钢结构便是顺应时代要求产生的复合结构体系。张力结构体系作为现代大跨度建筑结构的主要形式之一，己在国内外大型工程项目如体育场馆、航站楼、飞机库、干煤棚及仓库中得到广泛应用。张力结构体系是现代钢结构中的新体系和新技术，通过科学合理地设置高强度张拉预应力构件，可以创造出新颖优美的现代结构形式，建设富有强烈时代美感的标志性建筑。典型的张力结构体系有弦支穹顶结构、悬索结构，斜拉结构、索托析架结构

2、、索穹顶结构、索网结构等(如图1-1所示)。随着计算技术的进步、索体材料制作技术的提高以及预应力张拉施工技术日益成熟，张力结构体系得到了越来越广泛地应用。一般情况下，张力结构体系可节约钢材10%~30%，具有很好的结构安全性能和经济效益。一种新型结构形式的普及必然有它的合理性，同时也会带来一系列的技术难1题。拉索是张力结构体系中最主要的受力构件，从用途上它可分为机械用索、建筑结构用索和桥梁用索；从索体材料的构成要素进行分类，大致可分成钢丝绳、钢校线、钢丝束【5，6】，如图1-2所示。钢丝绳主要由钢丝股围绕绳芯捻制而成(同向抢或一层正向，一层反向交替捻)；钢绞线一般由多根钢丝抢成(一根在中心，

3、其余几根在外层向同一方向缠绕)；钢丝束有平行钢丝束和半平行钢丝束之分。.1.2基本理论如果一根索在反复加卸载若干次后己消除了大部分残余应变。再次加载并卸载后只有较小的残余应变，例如Sp<0.1niin/m,这样的索可称为张紧索。张紧索在一定的加载范围内可视为线弹性的，其弹性模量一般比松強新索高20%~30%。实验表明，一般松弛新索经10次循环加卸载后就可消除大部分残佘应变。如果一根索在反复加卸载若干次后只能消除部分残余应变，这样的索称为部分张紧索。高强钢丝和钢绞线的弹性模量在L9X105MPa的数量级上，在拉伸范围内一般可保持常数。索体的弹性模量一般小于钢丝和钢绞线自身的弹性模量，降低

4、幅度取决于索体的绞合方式。对于建筑结构中使用的张紧索，要求钢丝束索体的弹性模量不应小于1.9X105MPa;钢丝绳索体的弹性模量：单股不应小于1.4X105MPa，多股不应小于l.lX105MPa。所有类型的索都有其疲劳寿命，超过疲劳寿命后索内线材将会开始疲劳断裂。疲劳寿命取决于索内的应力幅值和工作条件。对于绕轴卷动的弯曲索，如吊车提升索等，疲劳是由拉伸应力和弯曲应力组合作用引起的。而工程结构中的索，主要承受拉应力，只有脉动风效应会使索中产生变幅度应力。迄今为止，对绕轴卷动弯曲索的疲劳研究较多，并有相应的疲劳曲线。但对工程结构用索的疲劳研究极少，只有德国做过这方面的试验研宄。研究表明：为了确

5、保索具有不少于200万次循环的疲劳寿命，索的工作应力应不超过200~250N/mm2。为了满足这一要求，应在设计中注意避免索承受附加的变化弯曲应力。从这一角度出发，应该优先选用可自由转动的索端头，而不是具有一定转动刚度的端头。当拉索需要进行疲劳试验时，加载次数为2.0X106次循环脉冲加载，钢丝束拉索加载应力上限为（0.4~0.45)对一级耐疲劳拉索，应力幅;200MPa;对二级耐疲劳拉索，应力幅250MPa;钢丝绳拉索加载应力上限为0.65<rb，应力幅80MPa,钢丝破断不应大于索体中钢丝总数的5%，拉索护层不应有明显损伤，锚具无明显损坏，锚杯与螺母旋合正常。经疲劳试验后静载破断荷

6、载不应小于索体公称破断荷载的95%，破断延伸率不应小于2%。.2直索应力分布规律数值模拟分析本章节利用AutoCAD软件三维模块和ANSYSSCDM软件分别建立起了3根钢丝、7根钢丝和19根钢丝交叉互抢的直索空间几何模型，利用有限元分析软件Abaqus/Standard和ANSYS软件中进行精细化加工处理；（3)分别使用有限元软件Abaqus和ANSYS。CAD是土木建筑领域最常用的自动计算机图形处理软件，可以绘制前期平面布置图，后期出施工图，包括节点图、大样图等，它也可以进行基本的三维设计，参数化建模。当所建的模型较为复杂时，则需要用到更专业的图形处理软件。SCDM全称ANSYSSpace

7、ClaimDirectModeler,是美国ANSYS公司研制的一款三维实体直接建模软件，也是世界首个自然方式无参数化3D设计系统，无参数化简单来说就是绘图界面没有传统意义上的笛卡尔坐标O-xyz，所有零部件的位置不依赖于坐标，而是通过移动工作平面定位，设计师和工程师快速捕捉灵感，可以随意编辑实体模型而不用考虑坐标原点，用户能以比以往任何时候更快的速度进行模型的创建和编辑。不同于基于特征的参数化CAD系统，S