单榀张弦桁架结构静力性能程序开发

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1、单榀张弦桁架结构静力性能程序开发-->1.绪论随着人类生产、生活的不断推进，人们对大跨度高性能建筑物的需求不断增加。近几年，随着奥运会、世博会、世界杯等重大的国际性活动的举行，大跨度空间结构在国内外发展迅速。这些大跨度的建筑所具有的共同特点是：质量轻、造型美观、受力合理、抗震性能好等。并且随着计算理论逐步完善，跟计算机技术的的突破性发展，新结构形式与施工方法的不断出现以及新颖、高强、轻质材料的应用，这使得更多的大跨度新空间结构形式成为可能[1-2]。空间结构具有受力更加合理、跨度大、建筑形式多样，但是在实际工程中仅采用单一的结构形式常常会存在一定的缺陷。为了充分地利用材

2、料性能，结合各种结构的特点，将不同类型的结构形式按一定规律结合而形成新型结构体系，如拱支结构、斜拉结构、弦支结构等[3]。张弦桁架结构是把预应力拉索跟桁架结构杂交得到的一种新结构形式，由于在大跨度方面所具有的优越性，并且其结构形式简洁，受力明确，建筑效果多样，因此也是一种被广泛应用的新型大跨度空间结构形式，具有十分广阔的应用前景。1.1张弦桁架的简介1.1.1张弦桁架结构的定义随着人们对张弦梁受力特点及结构形式的深入研究而衍生出的一种新的结构形式张弦桁架结构。张弦梁结构，最初是由“将弦进行张拉、与梁组合”这一基本形式而得名。“用撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件而形成的自平

3、衡体系”这一张弦梁结构概念最早是由日本大学M．Saitoh教授首先提出的[5]。张弦结构所具有的共同特点是将上部刚性构件（桁架、型钢梁）跟下部柔性拉索通过撑杆连接而成的，然后再对拉索预先施加预应力，使张弦结构体系形成整体刚度，因此能承受较大的荷载实现更大的跨度[6]。如图1.1。张弦桁架结构就是将张弦梁结构中的上弦梁构件替换为上弦拱形桁架。.......1.2ANSYS的二次开发的研究现状ANSYS做为一款大型通用性有限元分析软件，其应用范围涵盖了许多行业，但是对于某个专业领域而言，具体的操作步骤时很繁琐的，并且其具体的操作界面是全英文的，会对国内很大一部分人员的使用产

4、生不便。由于ANSYS是通用性软件在对具体的问题分析时不会给予专业性的建议，ANSYS也不能在操作人员分析错误时提供合理的建议方法。因此往往需要依靠有经验的分析人员对具体的问题不断进行优化，还要花费大量的时间跟精力对结果进行不断调试。为了将ANSYS在各个领域中应用更加的方便快捷，就衍生出了关于ANSYS的二次开发，以及在ANSYS基础上二次开发的某专业的专用软件。ANSYS软件为了解决各个专业领域的应用问题提供了专门的二次开发功能。在具体的二次开发时一般是应用APDL进行参数化建模跟分析，可以省去操作人员大量的重复性的操作，同时也便于修改。ANSYS提供的UIDL用于

5、ANSYS操作界面的开发，可以用此种语言对系统菜单选项、对话框等按用户的需求进行编辑[9-10]。此外还可以结合VB、VC等语言跟ANSYS进行结合，VB等开发语言可以设计出良好的人际交互式界面便于操作人员进行数据输入，然后再将生成的文件跟ANSYS对接即可完成有限元分析[11-12]。关于ANSYS的二次开发应用研究早已经开始了。例如，郭士雄,李国强[13]通过UIDL定制出用于钢结构的设计的人机交互界面跟对话框等，然后再利用APDL经行参数化建模、加荷载、分析等。........2.张弦结构基本原理张弦结构是由撑杆连接主要承重的刚性上弦构件跟柔性的下弦构件，同时也是

6、一种具有优越承载能力的自平衡体系结构，由于张弦结构是由“刚性”和“柔性”两种结构体系组成，于是也将其归类于“杂交体系”的范畴[3]。对于张弦结构在实际的工程应用中跨度都很大，一般由于一端支座为可滑动支座，在荷载作用下跟对下弦拉索进行张拉时支座都会产生位移，因此十分有必要区分张弦结构施加预应力前后结构的形态[18]。2.1张弦结构形态定义根据张弦结构的受力特点、加工状态、施工方式常把张弦结构在受力过程中涉及的状态定义分为零状态、初始态和荷载态三种。各状态的定义及受力情况[19]：（如图2.1）零状态（结构的放样状态）：在对索施加预应力前的状态，即在没有施加预应力也不考虑自

7、重时构件的加工、放样状态。该状态下结构的受力情况：无自重+无预应力。初始态（预应力态）：在对索施加完预应力后，并且完成说了屋面的结构施工的状态，此时也拆除了支撑，结构已经形成了自平衡体系，此时所对应的几何参数就是图纸的设计几何外形，也是建筑施工图中明确的结构建筑外形，即结构完成后验收的状态。该状态下结构的受力情况：自重+预应力。荷载态：结构在初始形态基础上受外荷载作用发生新的变形后达到的平衡状态。受力情况：自重+预应力+外荷载（活荷载+恒荷载）[20]。........2.2预应力的作用要考虑预应力在张弦结构中的作用就首先阐明对预应力的定