张弦梁结构索杆体系的平面外刚度.pdf

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1、张弦梁结构索杆体系的平面外刚度刘芳(中国建筑西南设计研究院，四川成都610081)摘要：本文对张弦梁结构索杆体系的平面外刚度公式进行了理论推导，并通过算例对其正确性进行了验证，对实际工程有指导意义。关键词：张弦粱；索杆体系；平面外；刚度中图分类号：TU208文献标识码：B文章编号：1672—4011(2010)05—0020—021理论推导分析单撑杆张弦梁结构中索杆体系的平面外稳定性，索杆布置如图1所示。在撑杆下端节点加力L(图2)，则索杆体系的平面外刚度为：k=墨／tyZ图1索杆体系平面布置图图2索杆体系受力简图变形前拉索长度为：~／(f2)2+(IV2)2变形后拉索长度为：根据变形

2、协调关系，得出变形后拉索的索力为：卜尚【以丁可了了币■i而忑i瓦Fi研一~／(z2)2+(1／2)2】式中卜张弦梁的跨度；Z。一上弦梁的矢高；Z：一下弦拉索的垂度。r沿三个坐标轴方向分解为三个分力：气一巾了驴j百万泺面可伊丽m—o”r：———_二墨生丛型竺翌71’以丁百厂夏丁酉泺面了葡‘丽个一——2[(fl+12)cosO—zI]t，=——————————————-——————————————————————————————·——·———————————一，。抓玎百厂面丁酉环磊F葡—丽根据撑杆上端节点平面外的合力矩为零，可得到：F：一型!塑竺竺翌2卜r一、伍了可(葡■可币丽i币‘葡衄=

3、(Zl+Z2)sinOks2刁露萨ii菰萧斋歹币季菊肃当0=0时的初始平面外刚度为：硭2而蔫丌％％2算例验证以单撑杆张弦梁结构为例，研究其索杆体系的平面外刚度。将从理论公式计算和ANSYS程序计算两个方面进行分析，然后将两者的计算结果进行比较，以验证本文推导的理论公式的正确性。i＼／圈3索杆体系平面布置图索杆体系的平面布置如图3所示，跨度L=48m，矢高Z。=4．3m，垂度Z：=1。7m，撑杆上端和支座均为铰节点。拉索采用10965高强钢丝束，撑杆采用担73×8ram圆管，初始索力死=360kN，计算分析考虑了四种状态。2．1理论公式计算(1)当0=0时k口o=死=而淼尚×363598

4、％2砺磊F币矛丙而×=21．661×103N／m(2)根据《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)第10．3．3条的规定，△，取1／250=6000／250=24ram和15ram的较小值，即△，=15ram，此时sin0=15／6000=o．0025．cos口一1b2刁霄萨ii瓦磊斋萨雨希而高=—j=====；========兰兰皇兰===；====f——————一×3636s7行西j历F可万五万i了玎石F丽×(4．3+1．7)“=21．664×103N／m(3)当0=5。时小万霸乒葡夏雨杀帚贡历丽-T再函而F丽再而i薮丽西面丽×(43+L7)xn啦=五卿×舻肜m(

5、4)当0=10。时k2万i亍夏i菰嘉笔萨雨萨而r=。——‘———————————————————————————————————————————————————————·————————————————————————一2x43~／(43+1．7)2—2(4．3+1．7)x4．3×0．9648+(43)2+(24)2x(4．3+LT)x0．99t8×645434：39．I)18×103N／m2．2ANSYS程序计算撑杆用杆单元link8模拟，拉索用索单元linkl0(只拉不压)模拟。索杆体系的平面布置及截面选取与理论分析相一致，钢材的密度取为0，弹性模量为2．06×105N／ram2，

6、拉索由于有较小的扭角，弹性模量取为1．95×105N／mmz。假设上弦压弯构件的刚性为无限大，约束住撑杆上端节点和两支座节点的平移自由度，采用等效降温法模拟拉索中预应力的施加，初始索力To=360kN，进行非线性分析得到：(1)当0=0时kBo=21．661×103N／m(2)当△。=15mm时k8=21．352×103N／m(3)当0=50时k口=26．002×103N／m(4)当0=10。时k口=38．766×103N／m当△，=15ram时，ANSYS程序的计算结果与理论计算结果相差最大，为1．44％，误差范围可以接受，分析结果证明了上述理论公式的正确性。实际工程中，屋盖体系的张

7、弦梁结构一般为多撑杆张弦梁结构。采用ANSYS程序分别分析单根撑杆、三根撑杆、七根撑杆张弦梁结构中索杆体系所受的侧向力与相应侧移的关系。截面选取如上例，三根撑杆张弦梁结构是在单根撑杆张弦梁结构的基础上，根据工程实际索段形状在(上接第19页)算所得的成桥索力与设计成桥索力最为接近；梁单元模型的成桥索力与设计成桥索力相差稍大；壳、梁组合模型则在两者之间，其结果与精细化模型较为接近。由图4可以看出，主塔塔顶水平位移在最不利工况下所有数据相差不是很大，