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张弦梁结构张拉过程结构性能和伺服施工过程理论

陈建兴  
【摘要】:张弦梁结构是由刚性构件、索和撑杆组成,通过对索施加预拉力使三者形成整体的结构。由于结构自重相对较轻、体系的刚度、形状稳定性相对较大以及对建筑外形的广泛适用性,张弦梁结构已经广泛应用于大跨度空间结构。作为一种非刚性结构,张弦梁结构的几何形态和力学性能与施工过程密切相关,建造更为经济合理的张弦梁结构必须建立在对结构张拉过程的力学行为系统的认识上,必须依靠更科学合理的施工技术。 张弦梁结构张拉过程的结构性能和伺服施工过程是本文研究的两大主题。采用理论和试验相结合的方法,本文从张拉过程数值分析方法、张拉过程结构性能、张拉过程参数分析、伺服施工过程实现四个方面对两大主题展开系统的研究。 首先,根据张弦梁结构各构件的受力特点,选择C.Oran梁-柱单元模拟刚性构件和撑杆、悬链线单元模拟索、采用改变张拉索段原长法来模拟预拉力。在此基础上,编制了张弦梁结构非线性分析的算法并通过经典算例验证算法的精确性,该非线性算法是构成张拉过程数值分析算法的基本部分。 其次,通过总结十几个实际工程的张弦梁结构施工工艺,提炼张弦梁结构的施工参数:施工顺序、预拉力施加方式、临时支架系统、张拉次数。从张拉过程张弦梁结构受力机理入手,提出以控制点位移为张拉目标、考虑实际结构施工参数的张弦梁结构张拉全过程数值模拟算法。针对张弦梁结构找形分析的特点,指出张弦梁结构找形分析的本质:预拉力确定和施工放样几何确定;结合本文的非线性算法,提出适用于张弦梁结构找形分析的算法。 随后本文对张弦梁结构的张拉过程进行试验研究。基于正交试验设计思想,设计了12个考虑多参数影响的张弦梁模型试件并进行张拉试验。试验分析表明,张弦梁结构张拉过程的结构性能可以从结构变形、构件内力、结构位形和稳定性能进行描述:临界张拉力是张弦梁结构具备整体刚度即成形的标志,其值约为0.125/κ;当张拉力引起的变形较大时,张拉力与结构变形并非简单的线性关系;张拉过程张弦梁结构内力不同于使用阶段,设计中应考虑张拉过程结构的最不利受力;张拉过程结构的位形变化可以概况为“水平跨度缩小、整体上拱


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