斜拉预应力网格结构的静力及模态分析技术

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1、公与汽运第5期134HighwaysAutomotiveApplications2010年月斜拉预应力网格结构的静力及模态分析技术刘文灯，潘权(1．湖南省第一工程公司，湖南长沙410000；2．长沙理工大学，湖南长沙410004)摘要：以某高速公路收费站方案设计为实际工程背景，针对预应力斜拉空间网格结构这种新型杂交空间结构，对采用不同斜拉索张拉方案的效果进行了比较分析，表明张拉方案对预应力斜拉网格结构的性能影响显著；对采用不同结构刚度矩阵下的模态分析结果进行了比较，表明预应力斜拉网格结构需采用包括

2、应力刚度的结构切线刚度矩阵。关键词：桥梁；网格结构；预应力；模态分析；应力刚度；斜拉索中图分类号：U442．5文献标志码：A文章编号：1671—2668(2010)05—0134—02斜拉预应力空间网格结构是由柔性斜拉索与刚性的塔柱、网格结构相结合共同抵抗外荷载的杂交空间结构体系，具有建筑布局适应性强、经济性好、造型美观的突出优点。在斜拉预应力网格结构中，斜拉索作为网格结构的支点，可以提高网格结构的跨越能力。同时，通过在施工过程中进行多次预应力张拉，可以有效改善结构的受力性能和结构的经济性。伴随中

3、国高速公路建设的大力发展，需要兴图1收费站空间三维有限元分析模型建大量的收费站和服务区建筑。斜拉预应力空间网体张拉时机和张拉控制力较为敏感。因此，斜拉预格结构由于其突出的美观性、经济性和适用性而成应力网格结构的分析必须充分考虑加载路径和几何为备受青睐的建筑设计方案。目前，中国已完成多非线性的影响。该设计方案的结构分析中，为了准个斜拉预应力网格结构的收费站的建筑实例。确捕捉结构的受力行为和优化预应力张拉控制，采该文结合高速公路G76某省界收费站设计方用考虑P一△和P一效应的非线性分析方法进行案的比选

4、，对斜拉预应力网格结构的斜拉索张拉分加载步内结构分析，采用阶段加载步控制进行考虑析和模态分析进行研究。施工过程的预应力分批张拉。1斜拉预应力网络结构方案简介2．2分析模型斜拉索塔柱采用变截面空间梁单元模拟，其他G76高速公路某省界收费站设计方案之一采用柱采用等截面空间梁单元模拟。在斜拉索、网格杆了斜拉空间曲面建筑方案，具有造型优美、布置灵活的特点。屋盖水平投影为矩形，长×宽为43．6m×件支承处设置节点；网格结构中的杆件采用等截面77．3m。为了满足屋面曲线流线型要求，屋盖采用空间二力杆单元模拟。

5、斜拉索采用悬链线索单元及二力杆单元模拟，以鉴别分析其差异。当采用索单空间曲面网格结构。为了满足屋面外悬挑段的受力要求，利用预应力拉索进行悬吊。从结构整体上看，元时，节点间的斜拉索由1个悬链线索单元模拟；当收费站结构体系属于多点支承的斜拉预应力网格结采用二力杆单元时，节点间的斜拉索由4个等长二构(见图1)。力杆单元模拟。斜拉索张拉荷载工况通过对斜拉索单元进行降2斜拉索张拉分析温处理进行施加。2．1分析方法2．3斜拉索张拉优化斜拉预应力网格结构在张拉斜拉索的过程中变在斜拉预应力网格结构设计中，斜拉索张

6、拉设形显著，非线性特征明显；多次预应力张拉施工对具计对结构经济性和受力状态的影响十分显著。根据公路与汽运总第140期Highways＆AutomotiveApplications135施工过程中斜拉索的张拉情况，斜拉索张拉设计分矩阵直接相关，结构的刚度决定了结构的振动特性。为一次张拉、二次张拉和多次张拉。为了对斜拉索3．2结构刚度选取分析张拉设计进行优化，设计不同斜拉索张拉方案(见表对于普通结构，模态分析中采用结构的无应力1)进行比选。初始刚度矩阵进行分析就能取得满意的结果。预应力斜拉网格结构自身

7、的特殊性，决定了其模态分析表1收费站设计方案斜拉索张拉方案中采用的结构刚度需要进行特殊考虑。结合收费站结构的工程实例，表1为模态分析采用元应力初始刚度矩阵(刚度矩阵1)、张拉方案1时恒载状态下刚度矩阵(刚度矩阵2)、张拉方案3时恒载状态下刚度矩阵(刚度矩阵3)得到的分析结果。表4采用不同结构刚度矩阵时模态分析得到的振动周期不同张拉方案的经济性和结构受力状态比较结果见表2～3。表2不同张拉方案的经济性比较用钢量／、．用钢量／十辱刀杀方案(．m一)(kg．m一。)普通网格方案62．3方案258．9注：

8、振动模态是剔除了局部振动模态的模态结果。方案164．1方案354．6从表4可以看出：采用不同刚度矩阵的分析结表3不同张拉方案的结构竖向荷载设计受力状态比较果差异较为显著，刚度矩阵1与刚度矩阵3结果的最大误差为19．6，刚度矩阵2与刚度矩阵3结果的最大误差为7．1。可以认为，对于非线性特征明显的预应力斜拉空间网格结构，不适合采用无应力初始刚度矩阵进行模态分析，必须采用包括应力刚度的结构切线刚度矩阵作为模态分析的基础。参考文献：从表2～3可以看出：斜拉索张拉方案对预应力[1]董石麟．预