H型张弦梁结构的受力性能及地震响应分析

【摘要】：H型张弦梁结构是上弦构件采用H型截面拱梁的一种张弦梁结构,目前对该类结构的研究涉及甚少。本文在已有研究的基础上,运用有限元软件SAP2000对单向H型张弦梁结构的受力性能和地震响应给予了系统研究。 首先对张弦梁结构的形态做出了定义并根据预应力的作用提出了预应力的合理取值原则。明确了预应力对结构的整体刚度贡献很小,因而预应力取值的大小对结构的变形影响很小。由分析结果可以看出,预应力对上弦构件的内力分布的改善是直接而明显的,但是这种改善是非常有限的。 通过将单榀张弦梁简化成一次超静定结构,得出了跨中布置撑杆的张弦梁的内力和位移简化计算公式以及解析解公式。通过将SAP2000的计算结果与解析解进行对比,验证了有限元程序SAP2000对张弦梁结构计算的准确性。 系统研究了H型张弦梁结构的受力性能,详细讨论了预应力、撑杆数目、高跨比、矢跨比和支座形式对其受力性能的影响。计算结果分析表明,预应力和撑杆数目对结构受力性能的改善是有限的,高跨比和矢跨比可以有效地减小结构的内力和变形,不同的支座形式对结构的受力性能的影响较大。对H型张弦梁结构的自振特性进行了系统的研究,讨论了撑杆数目和预应力 对其自振特性的影响。计算结果表明,张弦梁结构的竖向刚度较弱,其振动以竖向振动为主,撑杆数目和预应力对其自振特性的影响很小。 运用非线性直接积分法对H型张弦梁结构进行了地震响应时程分析,并就撑杆数目和预应力对其地震响应的影响做出了详细讨论。得出了H型张弦梁结构在不同地震作用下的内力和位移响应规律,以及在不同预应力和撑杆数目下结构的内力和位移响应变化规律。