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新型预应力钢结构楼梯结构性能分析研究

贾莉  
【摘要】: 随着钢结构学科的发展,预应力钢结构得到大范围推广。传统钢结构楼梯包括钢结构螺旋楼梯、钢结构椭圆形旋转楼梯等等,在某教学楼中采用了国内首创的新型预应力钢结构楼梯。本文以某教学楼外挂新型预应力钢结构楼梯为工程背景,开展预应力钢结构楼梯结构性能的系列研究。 总结了预应力钢结构的研究发展与现状,介绍了预应力钢结构的特点与类型,并对钢结构中建立预应力的方法进行了归纳,描述了高强度钢拉杆的各项性能指标,预应力钢拉杆的施工工艺,列举了钢拉杆的实际工程,分析了动力测试的研究发展与现状,提出了本文的选题背景和主要工作。 预应力钢拉杆在此新型预应力钢结构楼梯中有两个作用,一是作为此钢结构楼梯的预应力构件,提供预应力;二是作为点支式玻璃幕墙的支承体系。采用通用有限元软件ANSYS验算了钢拉杆在风荷载作用下与玻璃幕墙协同工作的安全度。列举了预应力钢拉杆的张拉施工方案。 分析研究了新型预应力钢结构楼梯独特的传力机理与受力特点。介于与主体结构不同的两种连接形式,分为1号、2号预应力钢结构楼梯。分别建立ANSYS有限元模型,进行静力分析。静力分析共分六种工况。比较每个楼梯各自施加预应力前后,支座反力、杆件内力的变化情况,得出预应力的施加对不同连接形式的楼梯的影响。再对工况三、工况四下两个楼梯的柱顶位移和层间位移与规范要求进行比较,并得出预应力对两个楼梯变形性能的影响。由于楼梯为外挂钢结构楼梯,所以考虑了冬、夏季温度荷载的作用,得出温度荷载对楼梯内力的影响。 建立有限元模型,对新型预应力钢结构楼梯进行动力分析。 采用人工激振法对两个楼梯进行动力特性测试,得出楼梯三个方向一阶频率、阻尼比,并与有限元动力分析结果进行比较。理论值与测试值基本吻合。为此新型预应力钢结构楼梯的进一步分析提供了可靠的自振特性数据。


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