张弦梁找形与结构分析
张弦梁结构

张弦梁结构介绍张弦梁结构是一种常见的结构形式,常用于桥梁、建筑和航空领域。
它的特点是横跨较大距离的支撑力和刚度。
本文将深入探讨张弦梁结构的原理、应用和设计要点。
张弦梁结构原理张弦梁结构是由一个或多个张紧的钢索组成的。
这些钢索被固定在两个支点上,形成一个弧线的张力形状。
张弦梁结构利用张紧的钢索的强度和刚度来支撑梁体的荷载。
张弦梁结构的应用张弦梁结构在桥梁、建筑和航空领域有广泛的应用。
下面是一些典型的应用场景:1. 桥梁张弦梁结构广泛用于大跨度桥梁的设计。
由于张弦梁结构的刚度和稳定性,它能够横跨较长的距离,同时减少桥梁的自重,提高了桥梁的承载能力。
2. 建筑在建筑领域,张弦梁结构常被用于悬索式屋顶的设计。
这种结构可以提供大空间、无柱的室内空间,使得建筑内部布局更加灵活。
同时,张弦梁结构的美观性也使其成为建筑设计的亮点。
3. 航空张弦梁结构在航空领域用于飞机的机翼设计。
张紧的钢索可以使机翼保持稳定的形状,减少飞行过程中的振动和变形。
同时,张弦梁结构也能够增加机翼的强度,提高飞机的飞行性能。
张弦梁结构的设计要点设计一个稳定和高效的张弦梁结构需要考虑以下几个要点:1. 钢索的选择选择合适的钢索是设计中的重要一步。
钢索的材料和直径会影响张弦梁结构的强度和刚度。
要考虑荷载情况和预期的使用寿命来选择适当的钢索。
2. 锚固设计钢索需要固定在支点上,这就需要进行锚固设计。
锚固的设计要确保钢索能够承受预期的拉力,并且不会发生滑移或失效。
3. 承载能力计算设计中需要进行承载能力的计算,确保张弦梁结构能够承受预期的荷载。
考虑到静荷载、动荷载和温度变化等因素,进行相关的计算和分析是必要的。
4. 刚度控制刚度是张弦梁结构的重要指标之一。
要考虑到结构的刚度是否满足要求,以及在荷载变化下的变形情况。
合理地选择钢索和梁体的刚度是刚度控制的关键。
5. 施工和维护在设计张弦梁结构时,需要考虑施工和维护的方便性。
合理安排吊装和安装的过程,以及定期的检测和维护工作,可以保证张弦梁结构的稳定性和安全性。
张弦梁结构的简介与应用领域

张弦梁结构的简介与应用领域张弦梁结构是一种常见的结构形式,广泛应用于建筑、桥梁、航空航天等领域。
它采用张力杆件和弦杆件相互协调配合,能够充分发挥杆件的力学性能,具有结构简单、刚度大、稳定性好等优点。
下面将从张弦梁结构的构造特点、力学原理以及应用领域等方面进行介绍。
一、构造特点1. 张弦梁结构采用张力杆件和弦杆件构成的三角形框架结构,弦杆经过受力分析确定处于受拉状态,力的作用方向沿着杆件的轴线方向。
2. 梁体通常由竖直放置的张弦杆件和水平放置的弦杆件组成,张弦杆件使梁体保持一定的刚度,弦杆件则负责承载外部荷载。
3. 张弦梁结构具有明显的自重,使得结构能够承受外部荷载并能够保持稳定。
二、力学原理1. 高刚度:张弦梁结构通过张力杆件使得结构具有较高的刚度,能够承受较大的荷载和外部力的作用,保持结构的稳定性。
2. 三角形框架:张弦梁结构中的三角形框架具有良好的刚度和稳定性,能够有效地将力传递到支撑结构上,使结构整体稳定。
3. 分力平衡:张弦梁结构中的梁体由张力杆件和弦杆件组成,通过力的平衡使得杆件处于受拉状态,从而保证结构的安全性。
三、应用领域1. 建筑领域:张弦梁结构广泛应用于各类建筑物的横梁、屋顶框架和大跨度建筑物的支撑结构等。
由于其结构简单、刚度大、施工快捷等优点,能够满足建筑物对强度和稳定性的要求。
2. 桥梁领域:张弦梁结构被广泛应用于桥梁的主梁和悬索桥等。
其具有较高的刚度和稳定性,能够承受车辆荷载并保持桥梁的稳定。
3. 航空航天领域:张弦梁结构也常用于航空航天器的外壳结构和机翼等部件。
由于其刚度大、密度低的特点,能够满足航空器对轻质、高强度结构的要求。
4. 体育场馆领域:张弦梁结构也常被应用于体育场馆的顶棚结构和悬挑结构等。
其结构简单、刚度大、施工快捷的特点能够满足大跨度体育场馆的建设需求。
综上所述,张弦梁结构作为一种常见的结构形式,在建筑、桥梁、航空航天、体育场馆等各个领域都有广泛的应用。
其结构简单、刚度大、稳定性好等优点使其成为一种重要的结构形式,为各类工程项目的设计和施工提供了可靠的支持。
张弦梁结构设计原理及应用分析

张弦梁结构设计原理及应用分析张弦梁结构是一种常用的桥梁结构形式,它是由拉索和梁体组成的特殊结构。
在该结构中,拉索起到了主要承载荷载的作用,而梁体则用于支撑和固定拉索。
张弦梁结构具有较高的刚度和强度,能够有效地分散并传递荷载,广泛应用于桥梁、悬索桥、天桥等工程中。
首先,我们来了解一下张弦梁结构的设计原理。
在张弦梁结构中,拉索是承载主要荷载的部分。
拉索通常由高强度钢缆或钢索组成,通过预应力来提高其刚度和稳定性。
拉索通常固定在两个支座上,形成了一个张力状态,使结构能够承担更大的荷载。
梁体则用于支撑和固定拉索,使整个结构形成一个平衡的力系统。
张弦梁结构的应用分析主要从以下几个方面进行探讨:1. 结构优势:张弦梁结构具有较高的刚度和强度。
由于拉索起到了主要承载荷载的作用,相比传统桥梁结构,张弦梁结构可以减少梁体的尺寸和材料使用量,降低了工程造价。
此外,张弦梁结构还具有施工速度快、对地基要求低等优势,适用于跨越大尺度的河流、山谷等地形。
2. 设计考虑:在进行张弦梁结构设计时,需要考虑以下因素。
首先是拉索的大小和布置。
拉索的数量和位置直接影响着结构的刚度和荷载承载能力。
其次是梁体的形状和材料选择。
梁体应具有足够的刚度和强度,同时要满足美观和经济的要求。
最后是结构的防腐保护和维护考虑。
由于张弦梁结构通常在复杂的环境中,如海上、高温等,所以对结构的防腐和维护工作非常重要。
3. 应用案例:张弦梁结构在桥梁工程中得到了广泛应用。
经典的案例包括中国的长江大桥、世界知名的悬索桥-美国旧金山金门大桥、以及全球最长的海上跨海大桥-中国渤海海峡大桥等。
这些案例充分展示了张弦梁结构的优势和可行性。
总之,张弦梁结构作为一种重要的桥梁结构形式,在工程设计中发挥着重要的作用。
通过理解其设计原理和应用分析,可以更好地应用于工程实践中。
同时,为了确保结构的稳定性和安全性,我们需要严格按照设计规范和标准进行设计和施工,并进行必要的监测和维护工作。
山东某体育馆张弦梁结构计算分析

山东某体育馆张弦梁结构计算分析崔家春田炜(上海现代建筑设计(集团)有限公司结构分析与设计研究学科中心,上海200041)摘要: 山东某体育馆,总长度106.0m,宽76.5m,是由平行的12榀张弦梁结构及两个空间桁架所构成。
其中张弦梁的跨度为70.0m,是由上弦三角桁架、竖杆及下弦拉索组成。
利用通用有限元软件ANSYS10.0对单榀张弦梁进行了找形及荷载分析,并对结构进行整体建模分析以校核单榀计算的准确性。
关键词: 张弦梁,找形,整体分析,ANSYS一、工程概况(一)工程介绍山东某体育馆,总长度106.0m,宽76.5m。
由平行的12榀张弦梁与两端2个空间桁架组合而成,跨度70m。
张弦梁之间通过檩条相连,且在空间桁架与张弦梁之间、第4榀与第5榀张弦梁之间、第8榀与第9榀张弦梁之间设有交叉拉杆,具体见图1。
单榀张弦梁由空间三角桁架、撑杆及下拉索组成,上弦三角桁架宽度为2.0m,高度为1.8m,桁架下弦矢高为4.0m;索垂度为2.0m。
张弦梁上弦桁架断面见图2,构件尺寸见表1。
钢材采用Q345。
张弦梁支座设置为一端铰支撑一端可滑移。
a平面 b立面 c三维视图图1 结构布置图2 桁架剖面图图3 风荷载体型系数表1 构件截面尺寸张弦梁屋面系统(二)荷载及组合1荷载:(1)初始预张力要求:自重+预张力状态下索的内力达到600kN;(2)屋面恒载:0.6kN/m2,对风吸力进行组合计算时取0.2 kN/m2;(3)吊挂荷载:0.5kN/m2;(4)屋面活载:0.5kN/m2;(5)基本风压:0.50kN/m2;体型系数见图3,风振系数取1.80;高度变化系数取0.84。
(6)雪荷载:基本雪压:0.35kN/m2;屋面积雪分布系数取1.0;由于雪荷载小于活荷载,故仅按活荷载组合。
2荷载组合:组合1:1.0×自重+张拉力组合2:1.0×恒载+张拉力+1.0×活载组合3:1.2×恒载+张拉力+1.4×活载组合4:1.35×恒载+张拉力+0.7×1.4×活载组合5:1×恒载(不包括吊挂活载)+张拉力+1.4×风(三)计算要求:张弦梁在屋盖恒荷基本完成,不考虑屋面活载及吊挂荷载情况下,屋架的几何形状与设计相应节点坐标相符;保证在标准荷载组合下,屋架竖向挠度UZ<L/300;保证各种可能的静力荷载组合作用下索不受压退出工作,不产生过大的反拱值。
张弦梁结构的结构特点与应用领域

张弦梁结构的结构特点与应用领域张弦梁结构是一种常见的结构形式,具有独特的结构特点和广泛的应用领域。
本文将对张弦梁结构的结构特点和应用领域进行详细介绍。
一、结构特点1. 建筑形式简洁:张弦梁结构通常采用一对张拉杆(弦索)构成,横跨在两个支点之间,形成一个平面框架结构,整体形式简洁、直观。
2. 受力合理均匀:张弦梁结构的弦索起到了主要的受压作用,通过张拉杆和支点的作用,使得受力分布均匀,具有抗变形的能力。
3. 自重轻巧:张弦梁结构所需的材料相对较少,以及其自重轻巧的特点,使得它在建筑和桥梁设计中具有一定的优势。
4. 抗震能力强:张弦梁结构的支点部分采用柔性设计,能够在地震等自然灾害中起到一定的减震效果,提高结构的安全性能。
5. 美观大方:张弦梁结构所具有的简洁外观和鲜明辨识度,使得它在城市建筑和景观设计中广泛应用。
二、应用领域1. 桥梁工程:张弦梁结构在桥梁工程中有着广泛的应用。
其自重轻、耐震性好的特性使得其适用于大跨度的桥梁设计,并且能够实现简洁美观的外观效果。
2. 大型体育场馆:张弦梁结构在大型体育场馆建筑中也被广泛采用。
其结构形式简洁、开放,能够提供更好的观赏性和视野。
3. 建筑物屋顶结构:张弦梁结构在建筑物的屋顶设计上也有广泛应用。
其自重轻、施工便捷的特点使得它成为大跨度屋面结构的首选。
4. 公共交通设施:张弦梁结构在公共交通设施的建设中也具有很高的应用价值。
例如,高速铁路、地铁站和机场候车厅等等都可以采用张弦梁结构。
总的来说,张弦梁结构凭借其简洁、美观、自重轻、耐震性强的特点,在桥梁工程、大型体育场馆、建筑物屋顶结构以及公共交通设施等领域中得到了广泛应用。
随着技术和材料的不断进步,张弦梁结构将继续发展,并在更多领域中展现其优势和潜力。
多向张弦梁结构的设计原理与分析方法

多向张弦梁结构的设计原理与分析方法多向张弦梁结构是一种常用的结构形式,它由多个弦杆和横梁构成。
本文将介绍多向张弦梁结构的设计原理与分析方法,包括结构特点、力学性能分析及结构设计流程。
一、多向张弦梁结构的特点1.1 强度高:多向张弦梁结构采用了多个弦杆,能够有效分散荷载,并提高结构的抗压能力。
1.2 刚度大:多向张弦梁结构通过横梁将多个弦杆连接在一起,能够承受较大的外力而不产生明显的变形。
1.3 适应性强:多向张弦梁结构具有较好的适应性,可以应用于不同尺度、不同荷载和不同环境的工程项目。
二、多向张弦梁结构的力学性能分析2.1 强度分析:多向张弦梁结构在设计时需要进行强度分析,确定结构的承载能力是否满足设计要求。
强度分析包括确定梁的截面形状和尺寸,以及计算弦杆的承载能力。
2.2 刚度分析:多向张弦梁结构在施工过程中需要考虑刚度问题,以保证结构的稳定性和安全性。
刚度分析包括考虑结构的变形、应变和挠度等参数,以确定结构的刚度是否满足要求。
2.3 稳定性分析:多向张弦梁结构在受到外力作用时需要进行稳定性分析,以确定结构是否出现失稳或破坏。
稳定性分析包括考虑结构的屈曲和局部失稳等问题,以确定结构的安全性。
三、多向张弦梁结构的设计流程3.1 建立结构模型:根据实际工程要求,建立多向张弦梁结构的有限元模型。
结构模型应包括梁、弦杆、横梁以及节点等元素,并考虑边界条件和荷载情况。
3.2 分析结构荷载:根据实际工程要求,分析结构所受的荷载情况,包括静载、动载和温度载荷等。
荷载分析应考虑不同工况下的荷载组合,并进行相应的荷载调整。
3.3 进行力学性能分析:根据结构模型和荷载情况,进行结构的强度、刚度和稳定性分析。
力学性能分析应考虑结构各部件的材料性能、截面形状和几何结构等因素,以确定结构的合理性。
3.4 优化设计:根据力学性能分析的结果,对结构模型进行优化设计。
优化设计包括调整结构的材料使用、截面形状和几何结构等参数,以提高结构的性能和节约材料成本。
张弦梁结构

张弦梁结构
张弦梁结构是一种常见的桥梁结构。
它由拉索、张弦和梁组成。
梁支承在两端,并通过张弦承受纵向受力。
张弦则通过拉索和钢索与桥墩相连,从而固定在桥墩上。
这种结构的主要优点是可以在大跨度桥梁中使用,而且重量轻、刚度高、承载能力强,因此被广泛应用于现代桥梁建设中。
张弦梁结构的主要特点是具有高刚度和高承载能力,这是由其结构特性决定的。
梁体在受力时不会发生弯曲变形,而是通过张弦受力,从而实现了对跨度的支撑。
同时,由于梁体的重量轻,这种结构可以实现对更大跨度的桥梁进行支撑。
张弦梁结构的设计和施工需要考虑多种因素,如桥梁的跨度、纵向受力、梁体的强度等。
这种结构需要选择优质的材料,如高强度钢、混凝土等,并对其进行精确的计算和设计。
同时,施工过程中也需要精确的测量和调整,以确保结构的稳定和安全。
总的来说,张弦梁结构是一种高效、可靠的桥梁建设方案。
它不仅可以实现对大跨度桥梁的支撑,而且具有较小的自重和较高的承载能力,因此被广泛应用于现代桥梁建设中。
张弦梁结构的探讨

张弦梁结构的探讨下面是本店铺给大家带来关于张弦梁结构的相关内容,以供参考。
0引言张弦梁结构最早是由日本大学M.Saitoh教授提出,是一种区别于传统结构的新型杂交屋盖体系。
张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系,其结构组成是一种新型自平衡体系,是一种大跨度预应力空间结构体系,也是混合结构体系发展中的一个比较成功的创造。
张弦梁结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优势,并且制造、运输、施工简捷方便,因此具有良好的应用前景。
本文就张弦梁结构的分类,受力机理,张弦梁结构的找形分析,用有限元分析总结了撑杆数目、垂跨比、高跨比、拱的惯性矩、弦的预应力等对张弦梁结构的受力性能的影响,以及结构的稳定性分析。
1、张弦梁结构的受力机理和分类1.1、张弦梁结构的受力机理目前,普遍认为张弦梁结构的受力机理为通过在下弦拉索中施加预应力使上弦压弯构件产生反挠度,结构在荷载作用下的最终挠度得以减少,而撑杆对上弦的压弯构件提供弹性支撑,改善结构的受力性能。
一般上弦的压弯构件采用拱梁或桁架拱,在荷载作用下拱的水平推力由下弦的抗拉构件承受,减轻拱对支座产生的负担,减少滑动支座的水平位移。
由此可见,张弦梁结构可充分发挥高强索的强抗拉性能改善整体结构受力性能,使压弯构件和抗拉构件取长补短,协同工作,达到自平衡,充分发挥了每种结构材料的作用。
所以,张弦梁结构在充分发挥索的受拉性能的同时,由于具有抗压抗弯能力的桁架或拱而使体系的刚度和稳定性大为加强。
并且由于张弦梁结构是一种自平衡体系,使得支撑结构的受力大为减少。
如果在施工过程中适当的分级施加预拉力和分级加载,将有可能使得张弦梁结构对支撑结构的作用力减少的最小限度。
1.2、张弦梁结构的分类张弦梁结构按受力特点可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构。
平面张弦梁结构是指其结构构件位于同一平面内,且以平面内受力为主的张弦梁结构。
平面张弦梁结构根据上弦构件的形状可以分为三种基本形式:直线型张弦梁、拱形张弦梁、人字型张弦梁结构,。
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张弦梁找形与结构分析摘要:本文在阅读了相关文献的基础之上,粗略的介绍了张弦梁的一些基本知识、找形方法和结构分析的一些成果。
关键字:张弦梁;找形;结构分析;张弦梁(Beam String structure,BSS),是一种大跨度空间结构体系,是由上部刚性构件(一般为梁、拱)、中间撑杆和下弦拉索中组成的一种自平衡体系。
其结构受力特点有:索受拉力,撑杆为受压二力杆、拱为压弯构件。
加之,预应力的引入,使得三者之间相互平衡,能够形成有有机的受力整体,使得结构材料的力学性能得到最大的发挥,有利于承载力的提高。
然而对于张弦梁而言,由于只有在张拉完毕之后,各组成部分才会形成受力整体,结构整体拥有较大的刚度,而在张拉过程之中,结构刚度较弱,随着预应力的加载,会有较大的变形。
这就导致了,张弦梁不能像一般的刚性结构一样施工放样,存在着找形问题。
Figure 1张弦梁结构示意图1找形分析1.1相关概念对于张弦梁找形问题,需要明确以下三种概念[2]:零状态几何:体系在无自重、无外荷载、无自内力的情况下的几何形态。
其仅对上部结构梁单元构件的下料长度有意义,对下弦索和竖向压杆建议采用应力下料。
初状态几何:体系在自重、屋面附加恒荷载、全部或一半屋面活载和自内力情况下的几何构形。
其力学意义在于考虑结构常态荷载,即重力荷载和预应力共同作用下,体系上部结构各构件的内力最小,全部或部分控制节点的竖向位移为0,即体系上部结构重力场作用下引起的变形和内力为最优。
荷载态几何:体系在各种作用组合工况下的几何构形。
目前较为一般的观点认为,应取初状态几何为计算参考构形且初状态几何等价于建筑设计几何。
三种几何状态的先后关系,一般为零状态下料施工到初状态几何,初状态结合进入使用阶段进入荷载态几。
而一般设计都从初状态几何切入,找到零状态几何,然后再由此上前。
1.2张弦梁形状确定问题确定下弦索的曲线形状和竖向杆的布置和数量是找形分析的重点。
文章[2],采用局部分析法确定初状态几何下,全部竖杆的设计预内力的分布和水平,然后由下部索杆体系的拓扑几何关系推出矩阵H确定竖杆下节点的竖向坐标。
对水平间距相等的竖杆,在设计预应力相等的情况下,下弦索的曲线形状为二次抛物线,并做出了简单的推导。
1.3预应力模拟方式在张弦梁结构中,用有限元模拟预应力主要有三种方式[13],如下:力模拟法,通常是在两端索段加上力来模拟预应力。
其能够比较好的模拟张拉过程中,索力—位移曲线,但不能进行施工阶段的加载分析。
初应变模拟法,通过某些索段或者整个索段施加初应变,来施加预应力。
能够实现预应力张拉完毕后,接着进行施工阶段的加载分析。
但它只能用于一次预应力张拉施工,无法完成实际工程中多次预应力张拉。
等效降温法,是根据物体的热胀冷缩特性, 对张弦梁下弦的钢索进行降温使之收缩,对收缩进行限制从而产生了下弦受拉、腹杆受压、上弦受到压弯作用的效果, 于是便可有效地模拟施加预应力的张拉过程。
能够很好的模拟预应力张拉过程,完成多次张拉预应力,并且保证结构的完整性,在结构张拉完毕之后,可以进行荷载态分析。
但得到的结构初状态对后续的计算存在温度差值的影响[4]。
1.4找形方法张弦梁找形,解决的是怎样从给定某个与拉力范围的初状态几何逆算出零状态几何,并进一步从零状态计算到初状态,以确定结构在初状态的内力、应力分布。
其意义在于两个方面:初状态预应力分布的确定、零状态放样几何的确定[9]。
目前,基于有限元软件的找形方法,主要有:逆迭代法、改进逆迭代法、改进逆迭代法的修正法、基于等效降温法模拟预应力的逆迭代法。
当然,还有一些学者尝试通过数学计算来寻找的简便算法[3][5]。
逆迭代法,由张其林先生提出。
但此处,仅以文章[9],来阐述逆迭代法的思路。
其以设计蓝图上的张弦梁几何尺寸为初始状态(预应力张拉完毕时的结构状态)的尺寸。
迭代初始时,以图纸上的几何为零状态尺寸建模,然后对其施加预应力进行张拉,得到近似的初状态。
然后,将此近似初状态的几何尺寸与设计图中的真正初始状态的差值,反向增加到原有限元模型的节点坐标上,并以此作为新的零状态,重复上述过程,直至近似初状态几何尺寸与真正的初状态几何尺寸的差值满足足够的精度,则停止过程,输出最近一次的零状态几何尺寸即可。
详细操作,可参照文章[9]。
其缺陷在于预应力的模拟方法采用的是力模拟法,需要将结构两段的索与梁分离,破坏了结构的整体性,造成了无法再寻的初状态下进行承受外荷载作用下的分析,也造成了相比其他分析方法得出分析结果,端部节点会有较大的水平位移。
改进的逆迭代法。
面对逆迭代法的缺陷,文章[10]提出了改进的逆迭代法。
其主要做法是以初应变来模拟预应力的施加,从而保证结构的整体性,弥补了力学性能研究中未能考虑受力状态的缺陷,也便于结构的后续受力分析。
其主要思路如下:先预估初应变,在当前初应变下,不断调整节点坐标迭代至满足几何精度要求,再进行单元内力值精度判定。
若满足,则结束;不满足,则继续预估新的初应变,重复上述过程。
其难点在于初应变难以一次估计准确。
因此,也会造成计算效率的下降。
加之,采用初应变模拟预应力的施加,其缺陷难以模拟多次施加预应力的施工过程。
改进的逆迭代法修正法[8]。
这种方法的提出主要是着眼于改进逆迭代法的效率较低,甚至有时会出现解不收敛的现象。
文章[8]中,提出改进逆迭代法的缺陷在于找力与找形的分离,故提出应将找形与找力同时进行。
迭代过程中,对节点做标和单元内力同时进行精度判定,直到满足;不满足时,同时对节点坐标和单元初应变进行调整。
为了便于调整,还引入了坐标调整系数α和单元初应变调整系数β,并就α、β的取值对迭代效率的影响进行了研究,得出β对速率的影响比α大,且当α与β的值合适时,可极大的提高迭代速率。
详细操作流程,可见图2 。
Figure 2改进迭代法的修正法基于等效降温法模拟预应力的逆迭代法。
此方法的提出,是为了弥补以初应力来模拟预应力导致无法模拟多次施加预应力的缺陷。
由此文章[13]中,用温度代替了初应变施加预应力,这是最大的特色。
其基本流程,可见图3。
其在找形流程上,也是力与找形流程分开,但与改进逆迭代法的不同的便是是其先是找力,力(即温度T)一旦确定即之后的找形过程中便不再修改。
但就如其上所说,其缺陷在于初状态后的计算存在温度差值得影响。
Figure 3等效降温法模拟预应力的逆迭代法流程图在此方法之外,文章[4],提出单榀张弦梁结构找形的简便算法。
文章[4]通过数学计算直接得到零状态几何放样尺寸,并可进一步得到预应力状态下粱的弯矩函数。
其主要流程如下:假定目标函数为抛物线函数Z1、Z2,基于力的平衡方程和位移协调方程,得出上弦梁的弯矩M(x)函数,从而求解出挠度方程ω(x),则Z10=Z1-ω(x)、Z20=Z2-ω(x)。
从上述流程可看出,基本假定之中,必有索与梁之间的撑杆是连续分布的,即二者之间的相互作用力是连续分布的,并假定这些联系杆为刚性,即认为索与梁的竖向位移相同。
但这也是其误差来源的主要原因。
理论计算得出的为一连续的抛物线函数,而其在后续的数值模拟中发现存在转折点,并不是连续的抛物线。
文章[5],提出了基于瑞利-里兹法的预应力张弦梁变形与内力分析。
其着重于目前国内圆弧线形预应力张弦梁的解析解推导的空白而提出的。
文章[5]的基本思路如下:将位移函数假定为某种级数形式:ω x = ωi ψi x n i =1,μ x = μi φi x n i =1;将结构的势能表示为待定级数ωi 和μi 的函数 ω1,ω2,ω3,…,ωn ,μ1,μ2,…,μn ;利用驻值原理∂Π∂ωi =0,∂Π∂μi =0(i =1,2,3,4…,n )求解此方程组即可推出结构的变形与内力。
2结构分析对于结构分析方面,由于个人时间限制,只草草介绍文章[6]、[7]、[12]之中的内容。
文章[6],尝试了对张弦梁式结构静力分析,分别考虑了下弦索德大垂度和小垂度情况,采用能量变分原理导出简便的计算公式。
其中提出了,张弦梁式结构的初始应力H 0计算公式为:H 0=ql 28 f 1+f 2 ,其中q 为结构自重、f 1与f 2分别为上弦拱和下弦索的中央矢高、L 结构的跨度。
下弦索是否进行超张拉,这要根据张弦梁结构预起拱的需要而定,但一般应使下弦索保留一定的张力储备。
文章[7]中,提出对于张弦梁结构力学性能研究应该区分零状态和初状态;位移应区分初始态位移和承受使用荷载作用下的位移(荷载态位移),并提出变形的大小应从初始态开始衡量才有意义,其原因在于:结构从零状态到初始态的施加预应力过程中有较大的变形,达到初状态之后才是形成其自身刚度、并进而抵抗外荷载的开始了;预应力对于内力的影响,无论是线性分析和非线性分析,其效果是相似的;预应力的合理取值应使上弦粱的受力状态接近拱的受力状态,并在分析中仅以指出,当初态弯矩值和荷载态弯矩绝对值相等时所对应的预拉力,也可视为初始态弯矩值和荷载态弯矩值之和为0时所对应的预拉力。
但对于各个梁单元在同一预应力下达到自身的合理值是不可能的,故提出了给出给定弯矩的一个允许范围,使得在一定预应力,这些梁单元的短弯矩都在这个范围内的解决办法。
文章[12],论述了单向张弦梁和双向张弦梁的受力性能。
由于双向张弦梁分析的角度和单向张弦梁相似,此处指简单说明单向张弦梁的受力性能。
文中,从撑杆数目、预应力大小、垂跨比、高跨比和不同的荷载状态(全跨荷载和半跨荷载)的方面,分别对张弦梁受力性能的影响。
大致为:撑杆能够对上弦梁提供弹性支撑,改善上弦梁的受力性能,但当撑杆数≥5时,位移和内力变化较小;预应力对于整体刚度影响不大;垂跨比,对于结构的挠度和水平支座位移减小,上弦梁的M显著增大,上弦梁和索拉力减小;高跨比的影响和垂跨比的影响一致;半跨荷载作用下挠度和支座水平位移约为全跨荷载作用下的2倍,内力方面也比全跨荷载作用下大,故应注意半跨荷载的不利工况。
3总结本文较为粗糙的介绍了单向张弦梁的找形方法和一些结构分析上已有的成果,,但对双向张弦梁的介绍缺乏。
但本文的主要目的是使自身对张弦梁找形和结构上的了解,便于在学习相关的内容时有一定的基础。
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