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预应力组合网架极限承载能力分析

周文明  
【摘要】:预应力组合网架是一种基于网架和预应力技术发展起来的由钢和钢筋混凝土组合而成的新型预应力空间结构体系,目前国内外在此领域的研究和应用仅限于线弹性分析与设计,只能保证结构构件的安全水平,而结构整体承载能力极限状态的安全水平无法保证,因此,对预应力组合网架结构整体极限承载能力的深入分析与研究,对于提高预应力组合网架的安全设计水平具有十分重要理论和工程意义。 本文建立了基于材料非线性和几何非线性的三维非线性有限元模型,该模型可以模拟混凝土的开裂,腹杆、下弦杆及钢筋的屈服,受压腹杆的屈曲等构件的破坏发展过程,可以预测和追踪结构进入非线性阶段的结构反应。通过与试验结果对比,验证了该有限元模型的有效性。 本文进行了预应力组合网架的极限承载能力追踪分析,模拟追踪了结构各构件破坏发展过程,对预应力组合网架的破坏特点和破坏机理进行了深入分析。 分析表明,预应力索对提高组合网架的极限承载能力和改善结构的受力性能作用明显,使预应力组合网架具有较高的极限承载能力、良好的延性。预应力组合网架结构的极限承载能力为1.89倍设计承载能力,结构延性为3.41。 分析表明,施加上预应力后,大大提高了布索区域的结构弯曲刚度,使预应力组合网架的破坏发展过程有别于普通的组合网架。钢筋混凝土板并没有在对角线位置出现塑性铰,相反,该位置板应力较小,而布索位置相应板应力较大,钢筋基本上已达到屈服。 分析表明,预应力组合网架的破坏模式为整体弯曲破坏,结构的屈服始于下弦杆的屈服,板端内向腹杆对提高结构的整体弯曲刚度作用明显;预应力组合网架的薄弱部位在板端,在结构设计时,应适当增加该处的板内配筋及内向腹杆的截面,且要保证受压腹杆的长细比。


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