温度作用对大跨度钢屋盖结构受力与变形影响的探讨

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1、CMYK工程试验与研究温度作用对大跨度钢屋盖结构受力与变形影响的探讨刘坚1毛捷1方颖强1熊伟2于志伟1（1广州大学土木工程学院；2广州市设计院）【摘要】温度作用会引起大跨度钢结构构件强度和刚度的变化，以广州某演艺中心体育场馆大跨度钢屋盖为工程背景，建立了大跨度钢屋盖有限元分析模型，对不同荷载工况下钢屋盖杆件应力和关键节点位移进行了对比分析，重点研究了温度作用对钢屋盖应力和变形的影响，结果表明，温度作用对于钢屋盖支座附近杆件以及下弦杆应力的影响最大，在内力设计时应引起重视，而对其他位置杆件应力影响相对较小；温度作用对于钢屋盖支座处节点水平向位移影响较大，负温差会增大桁架跨中竖向挠度，而

2、正温差对于桁架跨中竖向挠度则有所减小。温度作用对大跨度钢屋盖结构受力与变形的影响规律可供同类工程温度分析参考。【关键词】大跨度钢屋盖；温度作用；应力；变形；有限元分析[10]1引言应问题进行了研究了；Hamed对混凝土屋盖结构在空气对流与太阳辐射换热耦合作用下温度效应问题展开大跨度房屋钢结构在公共建筑中能够满足使用要[11]研究。樊小卿分析了在稳态导热情况下构件截面内的求，在工业建筑中能适应生产和技术发展，使工艺过程温度分布，发现材料的导热性能对结构变形约束内力有和机械设备的布置可以灵活调整，再加上钢结构自重[12]很大的影响；范重等对国家体育场进行了有限元模拟轻，使得其应用越来越广

3、泛。大跨度房屋钢结构常用于分析，着重分析了温差作用对于结构内力的影响；吴辉体育场馆、大会堂、剧院、会展中心、车站、飞机库、大跨[13]宇等认为对于大跨结构一些比较特殊的问题，其温度[1]度和大柱网的工业厂房、干煤棚等。工程结构一般存[14]作用还需要做进一步的探讨和研究。高昂等对广州新在三种类型的因环境温度的变化而发生的温度作用：日客站屋顶结构在均匀温度作用和不均匀温度作用两种[2]照温差、骤然降温以及季节温差温度作用。对于大跨情况下温度效应进行了比较分析，发现当考虑结构不均度结构而言，温度应力主要是由于结构构件变形受到支[15]匀温度作用时对结构更不利。陈志华等对茌平体育馆座约束而

4、产生的，部分构件的强度和刚度会受温度作用弦支穹顶叠合拱结构的温度场进行了数值模拟，得到了的影响，进而可能对整个结构的安全和质量造成影响。[16]弦支穹顶结构温度场的分布规律。田黎敏等结合世界因此，对于大跨度结构在温度作用下的内力和变形进行大学生运动会主体育场结构工程，对温度作用进行理论分析是十分必要的。国内外学者就结构温度效应开展了计算和模拟分析，并将理论分析结果与实际检测结果进相关研究。JinF等[3]研究了太阳辐射与空气对流换热行了对比，验证了数值模拟方法结果的正确性。肖建春耦合作用下大坝结构的温度问题；BradfordMA等[4]推等[17]采用简化方法实现大跨度空间钢结构在太

5、阳辐射导出了微分表达式，该表达式可以有效地判断出钢梁升下外部温度场模拟，得到一个地区的球面网壳外部温度温时梁上最先屈服位置，并采用算例对表达式进行了验[18]场的分布规律。寿列枫等对钢结构材料在同时受到压证；Chen[5]和Xu[6]对通过对实际工程进行监测，针对空力和温度作用下结构的响应进行了数值模拟分析。蔡靖气对流与太阳辐射在换热耦合的作用下，研究了特大跨[19]等利用有限元软件建立瞬态热结构耦合分析大跨度悬索桥产生的温度效应问题；Kim[7]则建立了基于换热钢结构整体模型，利用ASHARE晴空模型分析塔架结构耦合作用下的一种钢箱梁结构的三维热传导模型，阐述[20]整体模型随时间

6、变化的温度场分布规律。刘红波等以了其非均匀温度效应问题；Andrew[8]、Qin[9]等对沥青天津宝坻体育馆椭球形弦支穹顶结构为背景，建立结构道路在太阳辐射与空气对流换热耦合作用下的温度效的整体模型，研究结构周边约束刚度对于温度应力和变CMYK工程试验与研究形的影响。因此目前国内外学者对大跨度钢屋盖结构温差作用的温度效应研究鲜见报道，结合广州某体育场馆工程，对该场馆钢桁架钢屋盖温度效应进行分析，讨论了温度作用对钢桁架屋盖应力和变形的影响，供类似大跨度钢屋盖工程设计时参考。2工程概况广州国际体育演艺中心位于广州市萝岗区中心区南部开创大道以北，是华南地区第一个符合NBA赛事标准的体育场

7、馆。场馆屋盖部分为钢结构，下部结构为钢图2体育馆钢屋盖尺寸示意图筋混凝土结构，其外形设计理念来自于广州美丽的五羊3钢屋盖温度作用数值模拟分析传说（见图l)。3.1有限元模型采用SAP2000建立了体育馆钢屋盖结构模型（见图3），该钢屋盖主要受力结构是由10榀主桁架和2榀次桁架组成（见图4），为了了解温度作用对钢屋盖应力和变形的影响，钢屋盖结构支座分别采用固定球型支座和图1体育馆整体效果图单向/双向滑动球型支座。大跨度钢结构按几何形状、组成方法、结构材料及受