张弦梁结构受力性能研究.pdf

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1、施工技术建材与装饰2016年11月张弦梁结构受力性能研究胡京亚（广东省重工建筑设计院有限公司广东广州510000）摘要：进行了张弦梁结构的受力性能分析。结果表明：张弦梁的撑杆数目不是越多越好，3~7根比较合适；张弦梁结构对预应力的反应敏感；预应力仅对跨中部分下弦杆件起卸荷作用；荷载作用不对称会对张弦梁结构受力产生不利的影响。关键词：张弦梁；受力性能；撑杆；预应力中图分类号：TU399文献标识码：A文章编号：1673-0038（2016）47-0008-02表1构件截面表1概述构件上弦梁撑杆张拉弦由于社会发展的需要，人们在不断地追求更大的空间，因此截面508×12168×534×16张弦梁结构被

2、广泛使用[1~2]。张弦梁结构是用撑杆连接受拉构件A（mm2）186992560905和抗弯受压构件，通过对受拉构件施加预应力，平衡压弯构件受（Imm4）5.75×1088.51×106-力的自平衡体系。E（MPa）2.1×1052.1×1052.1×105杆系结构按照受力形式分类有：受压构件、受拉构件和受弯预应力、自重和全跨均布荷载。构件。当构件长细比较大时受压构件会发生整体失稳，构件不能2.2计算结果分析充分发挥作用；由于受弯构件截面应力不均匀，其截面边缘的应工况1作用下结构最大挠度和滑动支座水平位移随撑杆数力一般起控制作用，使受压构件的材料性能不能充分发挥；受拉[3~4]目变化的情况分别

3、如图2和图3所示。构件截面受力均匀，而且不会发生整体失稳。若在结构的多半图2中，1根撑杆时产生的挠度最大，3根撑杆时较之前有明杆件为受拉杆会使其经济性将大幅提高。张弦梁结构体系满足显的改善，5根撑杆时较前者略有改善，而后变化幅度已经很小；了上述要求：利用含有预应力的高强钢索作受拉构件，可将受压图3中反映的变化规律与图2是相同的。这表明，撑杆数目并不构件的压力转移到受拉钢索中去，降低了受压构件的压力的幅[5~8]是越多越好，从撑杆数目对变形的影响上来说该结构设置3~7值，甚至可以使压杆变为拉杆。根撑杆是合适的。单榀张弦梁结构的性能决定了整体结构的性能，撑杆数目、拱梁惯性矩、高跨比、垂跨比等因素均

4、对单榀张弦梁结构受力性能具有影响[9~11]，本文利用SAP2000[12]讨论了撑杆数目对单向张弦梁结构性能的影响，以及研究了一榀张弦梁作用下产生的影响。2撑杆数目的影响分析2.1计算模型图2结构最大挠度-撑杆数目图3滑动支座水平位移-撑杆数目计算基础模型如图1所示，撑杆数目分别采用1、3、5、7、9、3张弦梁受力性能分析11，由基础模型跨度定数等距原则设置撑杆数目，构件截面如表3.1分析模型1所示。上弦梁和撑杆之间采用铰接形式，张拉弦和撑杆间亦采本算例的张弦梁结构的拱梁是空间桁架，桁架上弦是两平行用铰接。上弦梁、撑杆及张拉弦均采用梁单元，张拉弦截面惯性的弦杆，桁架下弦是一根受拉弦杆。矩设为

5、0.1。本算例主要是为了考察一榀及多榀单向张弦粱结构在预应张弦梁采用温度荷载进行预应力施加，由公式（1），作用ΔT=-力作用、全跨均布荷载作用以及半跨均布荷载作用下的位移和14℃，即可产生N=31kN的预拉应力。内力反应，暂且不考虑平面外的稳定问题。为简化计算，把结构ΔT=N（1）简化成拱粱由上下两根弦杆组成的平面桁架，计算简图见图4，α×E×A杆件截面尺寸见表2。桁架拱梁和撑杆离散为杆元，索离散为不能受压的杆元，两端边界条件铰支和滑动支座。考虑四种荷载：①预应力；②自重；③全跨均布荷载，大小为20kN/m；④右半跨均布荷载，大小为20kN/m。以上各工况均考虑材料非线性和P-△效应，且荷载工

6、况树为预应力-结构自重-全图1单榀张弦梁示意图跨均布活载/右半跨均布活载。每次计算3种工况：①预应力+自计算的荷载类型有：①预应力；②自重；③全跨均布荷载。重；②预应力、自重和全跨均布荷载；③预应力、自重和半跨均布对于实际大型张弦梁结构（如广州国际会展中心），一般要求荷载。采用对称施工的方案来保证拱梁平面内的稳定性。故这里不考先通过工况1确定施加预应力的大小，再由公式（1）确定施虑半跨荷载，对每个模型仅考虑2种工况：①预应力和自重；②加给索的温度荷载。·8·2016年11月建材与装饰施工技术靠近固定铰支座处甚至出现反向挠度。结构挠度分布非常不均匀，主要集中在荷载作用的半跨。上弦杆轴力分布与其竖

7、向位移分布情况类似，大部分杆件受压，且由滑动铰支座向跨中急剧增大，至离铰支座1/4跨度处达图4张弦梁桁架计算简图到最大，固定铰支座处附近一部分杆件受拉，但数值不大。固定表2构件截面表铰支座附近的下弦杆受压，但往跨中变为受拉杆，最大荷载比全构件截面A（mm2）（Imm4）E（MPa）材料桁架上弦梁φ480×14204965.6×1082.1×105Q345B跨均布荷载作用时大得多。桁架下弦杆φ457