大跨度悬挑结构的设计与试验
大跨度悬挑钢结构屋顶吊装技术施工技术要点及仿真验算讨论
大跨度悬挑钢结构屋顶吊装技术施工技术要点及仿真验算讨论作者：陈木江来源：《建筑工程技术与设计》2014年第17期摘要：本文结合实际工程展开讨论，分析了大跨度悬挑钢施工的技术难点及吊装方案的选择，介绍了大跨度悬挑钢结构屋顶吊装重点技术，对施工结构的效果进行模拟验算分析，使钢结构工程的施工质量得到提高。
关键词：悬挑钢结构；吊装；方案选择；关键技术0 引言随着我国经济的飞速增长，高层建筑施工也随之迅猛发展，钢结构的应用越来越深入人心。
但是由于钢结构的施工安装有着稳定性不易控制，温度影响较大等的难点，一直是建筑施工中的一大难题。
如何精心施工以提高钢结构的施工质量成为了施工人员需要思考的问题。
下面结合工程实例来对大跨度悬挑钢结构屋顶吊装技术进行讨论分析。
1 工程概况某车站改造工程在原址基础上实施整体扩建改造，工程重点包括主站楼、站台雨篷、广场及地下通道4部分。
站房工程采用高架车站，抗震设防烈度为8度，主体为大跨度悬挑结构。
站房悬挑结构位于站房高架层东西两端部位，东侧为Ⅰ段悬挑结构，西侧为Ⅲ段悬挑结构，中部为Ⅱ段高架层平台。
悬挑结构由单片主桁架、单片次桁架、区块次结构及檩条组成，最大悬挑达28m，最小悬挑为2.3m。
悬挑结构之间由单片主桁架及区块次结构连接，单片主桁架长度为9～12m（见图1）。
2 施工技术难点（1）施工条件复杂（2）构件安装角度大、质量重，施工难度大（3）构件跨度大、柔性强、易失稳（4）安装定位精度要求高（5）构件拼装难度大3 吊装方案选择（1）起重机选择本方案主要选择2台大型起重机进行悬挑结构的安装，1台500t履带式起重机（主臂48m，副臂48m）和1台130t汽车式起重机。
500t履带式起重机用于悬挑单片次桁架的安装，而130t汽车式起重机主要用于悬挑结构之间单片主桁架及区块次结构安装。
悬挑单片次桁架最大质量（含斜撑杆及索具质量）为19.45t；单片主桁架最大质量（含索具质量）为4.9t。
高空大跨度悬挑结构支模设计及施工技术
１ ２ 钢 管悬 挑支 撑体 系 ．
该 体 系 为扣 件式 空 间桁架 ， 点采用扣 件 连接方 式 。 节 （） １ 此支 撑体 系会 产 生较 大 的侧 向挠 度 ， 刚度小 。（ ） 过计 算 ， 管布 置密度 大 。 （） ２经 钢 ３ 钢管 的连 接点 ， 悬 挂点 缺乏绝 对 的安全 性 。（ ） ４ 该支撑 体 系需要 进行 大量 的高 空作 业 ， 风力 大 ， 作业 人员 的工作 时间长 ， 因而工 作 环境 安全 性 低 。
图 １ 支撑体 系平面布置 图
图 ２ 支撑体 系计算简 图
２ ２ 荷 载计算 【３ ． ２］ ・ 悬挑 跨度 ４２ｍ， 虑到 在平 面 布 置 中趋 于 合 理 ， 定 在 每条 悬 臂 梁底 设 一 榀 支 撑托 架 ， 七 榀 。每 榀 ． 考 选 共 支 撑托架 的荷载 组合 如下 ： 胶合 模板 及支 撑 自重 ：ｑ ＝２８ Ｎ／ ； 浇混 凝 土 自重 ：ｑ ＝２ ．１ｋ ｍ； 工荷 载 （ 括振 捣 混凝 １ ．９ｋ ｍ 新 ２ １２ Ｎ／ 施 包
的水平横梁上， 再传到该层的钢筋混凝土墙上， 并通过三角形斜向支撑将部分力传递到下层的钢筋混凝土墙
上。
２ １ 支撑体 系平 面布 置 图及计 算 简 图［ ． １ ］
支撑体系平面布置见图 １计算简图见图 ２． ，
Ｃ Βιβλιοθήκη １ 一托架 ， 一托架 ， 一托架 ， ２ ３ ４一托架 ， 一檩 条 ５
１３ 型钢 三 角形 支撑 体 系 ．
（ ） 体 刚度 大 。（ ） １整 ２ 水平 横梁 可 以直接 埋 在观 光梯 混凝 土墙 里 ， 点锚 固牢 固 。（ ） 个 支撑体 系安 装 节 ３整 及拆 卸 方便 ， 全性 大 。 安 对 以上 三种 支 撑体 系 ， 进行 综合 论证 ， 确定 选用 “ 钢三 角形 支撑 体 系 ”它具 有工 程需要 的稳 定性 好 ， 型 ， 刚
扣件式钢管斜撑架在大跨度悬挑屋架中的设计与施工
施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY
2012 年 6 月上 第 41 卷 第 366 期
扣件式钢管斜撑架在 大跨度悬挑屋架中的设计与施工
石 颖， 于新华
（ 北京建工集团有限责任公司总承包部， 北京 100055 ）
［摘要］ 通过对 C4 工业厂房项目工程的实例分析， 详尽地介绍了利用普通 48mm × 3． 5mm 钢 管 及 普 通 扣 件， 搭设 该工程大跨度外挑屋架的操作防护 架 、 模 板 斜 撑 架 技 术 。 针 对 外 挑 屋 架 的 结 构 特 点， 分 别 对 其 施 工 安 排、 技术要 求、 施工要点 、 经济分析以及受力计算等方面内容进行了阐述 。 实践证明， 该斜撑架 的 设 计 较 常 规 采 用 的 型 钢 悬 挑 不仅工效得以提高， 而且很大程度地降低了脚手架措施费用 。 脚手架， ［关键词］ 防护架； 模板； 斜撑架； 屋架； 设计； 施工技术 ［中图分类号］ TU755. 2 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2012 ） 11007。 2 挑檐斜撑架选择 该工程屋架外 挑 尺 寸 较 大， 悬挑长边方向最大 2. 85m ， 转角 处 外 挑 达 3. 65m 。 这 给 外 挑 屋 架 的 结 200mm 构施工带来很大困难， 施工人员的操作平台 、 × 400mm 截面屋架边框梁以及挑檐板的模板支设 、 混凝土浇筑时安全 稳 定， 都取决于该部位异形脚手 架的设计 。 参 照《钢 管 脚 手 架 、 模板支架安全选用 DB11 / T583 —2008 ， 如以工字钢做支撑 搭 技术规程 》 规 范 中 最 大 可 参 考 的 悬 挑 长 3. 0m ， 设悬挑脚手架， 而本工程最大达 3. 65m ， 即使可采用工字钢型 钢， 型 钢规 格 不 会 低 于 18 号 。 如 此 该 建 筑 物 全 周 长 370. 6m ， 需1 729m 长工字钢， 一次性支出费用很大 。 主体结构 施 工 期 间 已 搭 设 外 双 排 落 地 式 钢 管 脚手架， 经 过 反 复 计 算 并 论 证， 综合考虑双排脚手 架与建筑 物 外 立 面 距 离 、 脚 手 架 使 用 周 期 等 因 素， 决定利用 48mm × 3. 5mm 钢 管 及 普 通 扣 件 搭 设 外
大跨度钢结构悬挑梁的设计要点和施工技术
大跨度钢结构悬挑梁的设计要点和施工技术发布时间：2023-02-17T07:01:35.544Z 来源：《工程建设标准化》2022年10月19期作者：陈恒[导读] 大型悬臂结构广泛应用于建筑工程中陈恒深圳市前海建设投资控股集团有限公司广东深圳 518000摘要：大型悬臂结构广泛应用于建筑工程中。
关键应用是阳台、体育场看台屋顶、剧院悬臂平台，并且可以直接应用于屋顶。
大型悬臂钢结构、框架式管理系统和平板式管理系统是大型悬臂结构最基本的管理系统。
因此，大型悬臂钢结构在建筑工程中得到了广泛的应用。
最重要的原因是，它可以帮助建筑项目的接收服务平台，并且可以为施工人员提供工作平台，例如，它可以将工程材料和技术设备堆放在悬臂钢结构平台上。
在具体施工过程中，将充分发挥大悬臂钢结构的优势。
一方面，它可以节省施工人员的时间，提高工作效率。
另一方面，大型悬臂钢结构具有重复使用的能力。
当一个项目的施工完成后，施工人员可以拆除大悬臂钢结构，在另一个地方的施工过程中，可以再次建造大悬臂钢框架服务平台。
关键词：大跨度钢结构；悬挑梁；设计要点；施工技术 1工程概况在本项目建设中，主楼2-7层属于由核心筒加楼承板，外挑钢桁架结构；因此，项目顶部为结构复杂的大跨度钢桁架屋面层，悬臂框架的长度不同。
模板支架安装应采用无缝钢管管理系统。
为了确保模板支架能够顺利安装，在设置I型钢时还需要保持水平平整度。
如有必要，应根据四周堆积在主楼的内外角设置工字钢。
设置在2-6层的悬臂梁模板支架，必须采用悬臂工字梁支撑。
在特定坡屋面的施工过程中，最好提前铺设工字钢，并进行模板支设，最大高度为10.8m。
2-6层的悬臂梁模板支撑也与上述工程的实际施工操作相一致。
根据悬臂工字钢支撑，悬臂梁模板安装时，当较大高度为8m时，选择单排和双排柱作为保护框架。
2大跨度钢结构悬挑梁的设计要点和施工技术 2.1精准测量悬挑钢从悬臂钢结构的宏观外观来看，有2块悬绳悬臂钢，与日常生活中常用的秋千非常相似。
工业厂房中大跨度悬挑部分的结构设计选型
改变 ， 信 箱形 结 构 的应 用 也会 越来 越 普遍 ， 相 本文 通 过 对 东 莞 某 生产 车 间结 构 设计 中遇 到 的 问题 进行 简单 分
析 阐述 ， 望 能抛 砖 引玉 ， 同进 步 ， 以后 做 出更好 的 希 共 为
不断 增加 。 柱距 从常规 的 ６ 、 ． ｍ ９ ， ｍ ７ ５ 、ｍ 增加 到 １ｍ １ｍ 应 设置 端支 撑 以可靠 防止 梁截 面 扭转 ， 梁 的 长度 方 向 ５ 、８ 、 沿
其 ２ ｍ等 等 ， 跨 度 也 从 一 ４ 般 的 １ ｍ ２ ｍ ３ ｍ增 加 到 则 应 设置若 干 刚性横 隔 以保证 梁 的抗扭 刚 度 ， 间距约 ８ 、 ４ 、０ 为 １ １， ／ ０ 并应 与腹 板横 向加 劲肋 的艰 巨相协 调 。横 隔可 ４ ｍ ４ ｍ甚至 ６ ｍ 由于场 地及 工艺 的特 殊要 求 ， ２ ，８ ０。 需要 吊
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图 ２ 悬挑 部分 结构 立 面图
级 别 的 ３ ｍ跨度 ６ ０ ０吨 吊车 需 要 露 天 外 悬 挑 ｌ ． ｍ运 ５５
行。
２结构分析及选 型
鉴 于 吊车 吨位 较 大 （ ２台 ６ ０吨 吊车） 悬挑 长 度 较 ， 长， 若选 取 常规 焊 接 工字 钢 作 为柱 和 吊车 梁截 面 ， 要满
高层大跨度悬挑结构支模设计两例
收 稿 日期 ：０ ６ ０ 一 ６ ２ｏ —３Ｏ
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作者 简 介 ： 肖备 （９ ４ ）男 ， 江 宁 波 人 ， 江 广 厦 建 设 职 业 技 术 学 院 １７ 一 ， 浙 浙
支模 架可 采 用 型钢 桁 架 ； 载 较轻 的钢 网架可 采 用槽 钢 与０ ８ 管 组合 支架 。 荷 ４钢
关 键 词 ： 挑结 构 ； 钢桁 架 ； 管 悬 型 钢 中 图分 类号 ： Ｕ７ ５ Ｔ ５ ． ２ 文献 标 识码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ０ ４ ２ （ ｏ ６）８ ０ ９ — ３ １０ — ７ ６２ ０ ０ — ５ ５ ０
ｍｍ， 在悬 挑顶 端为梁 板 式结构 ， 载 大 ， 挑长 度又 且 荷 悬
较大 ， 且邻 靠 长江 ， 荷 较大 ， 并 风 高处 作 业 具有 一 定 的
施工风 险 ， 过多 方案 比较 ， 通 采用 型钢桁 架方 案 。钢桁
架平面布置见图２ 。由于⑤轴线一侧为楼梯间 ， 钢桁架
上 弦 内端 无 支 承点 ，故 在４ ． ０ ９ ７ ｍ标 高处 布 置 １号槽 ７ ６
维普资讯
第 ３ 第 ８期 ２ ０ ７卷 ０ ６年 ８月
Ｖｏ ．７ Ｎｏ ８ １ ． ３ Ａｕ ．２ ０ ｇ ０ ６
Ａｒｈｔｃｕｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ￣ ｃ ｉ ｔｒ ｅ ｈ ｏｏ ｅ
建
悬挑结构 支模设计两例
Ｉ Ｏ Ｗ ＣＡＳ ＥＳ ＯＦ ＦＯＲＭ Ｗ ＯＲＫ ＵＰ Ｓ ＰＯＲＴ ＤＥＳ ＧＮ ＦＯＲ ＧＨ Ｓ ， Ｉ ＨＩ ＲＩ Ｅ ＬＡＲＧＥ Ｓ ＰＡＮ ＡＮＤ
ＯＶＥＲＨＡＮＧ Ｉ ＮＧ ＴＲＵ ＣＴＵＲＥ Ｓ
远距离大跨度消防连廊悬挑模板支撑体系施工工法(2)
远距离大跨度消防连廊悬挑模板支撑体系施工工法远距离大跨度消防连廊悬挑模板支撑体系施工工法一、前言远距离大跨度消防连廊悬挑模板支撑体系施工工法是一种用于悬挑连廊施工的先进技术。
本文将全面介绍该工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析和工程实例。
二、工法特点1. 该工法通过悬挑模板的支撑体系，实现了远距离大跨度连廊的悬挑施工，大大提高了工程的施工效率。
2. 悬挑模板支撑体系采用钢结构和模板结合的方式，结构牢固、稳定可靠。
3. 该工法可适应各种地形和环境条件，能够在多种施工场地中灵活应用。
4. 使用该工法可以减少施工现场的土方开挖和地基处理，降低工程的成本和工期。
三、适应范围该工法适用于远距离大跨度的消防连廊悬挑施工，尤其适用于山地、河谷等地形复杂的地区。
四、工艺原理1. 施工工法与实际工程之间的联系：通过悬挑模板支撑体系，将连廊悬挑到需要的位置。
2. 采取的技术措施：选用优质的钢结构和模板材料，合理设计支撑体系，确保结构稳定可靠。
五、施工工艺该工法的施工工艺包括以下几个阶段：1.施工准备：包括现场勘测、安全措施、临时设施搭建等。
2.模板制作和装配：根据设计要求，制作合适尺寸的悬挑模板，并将其装配好。
3. 支撑体系搭建：按照设计方案，将支撑体系搭建到预定位置。
4. 悬挑施工：通过起重设备和辅助工具，将悬挑模板运送到需要的位置，并进行安装和固定。
5. 模板拆除和收尾工作：待悬挑连廊施工完成后，进行模板拆除和收尾工作。
六、劳动组织根据工程规模和工期安排，合理组织施工人员，确保施工进度和质量。
包括项目经理、技术负责人、施工队伍等。
七、机具设备该工法所需要的机具设备包括起重设备（如吊车、塔吊）、模板制作设备、模板运输设备、辅助工具等。
八、质量控制通过严格的质量控制措施，确保施工过程中的质量达到设计要求。
包括对模板制作、支撑体系搭建、悬挑施工等环节进行质量检测和控制。
悬挑结构的工程原理与设计方法
悬挑结构的工程原理与设计方法悬挑结构是一种常见的工程结构，通常用于建筑物、桥梁、塔楼、广场和舞台等场所。
它的设计原理和方法非常关键，涉及到很多的工程技术和科学知识。
本文将深入探讨悬挑结构的工程原理和设计方法。
一、悬挑结构概述悬挑结构是指一个或多个梁、柱、板等构件在其一端支承，另一端悬空的结构。
常见的悬挑结构有桥梁、广场、雕塑、舞台和建筑物等。
它的主要特点是在一端悬挑，有较大的跨度和悬挑长度，需要高强度、高稳定性、高可靠性的结构材料和技术支持。
二、悬挑结构的设计原理1. 载荷分析悬挑结构的设计必须首先进行载荷分析。
根据实际应用场景和使用要求，确定所承受的荷载特点、荷载位置和荷载大小等参数。
在这个过程中，必须考虑到静荷载、动荷载、地震荷载、风荷载等多种复杂因素，确保设计的结构能够承受各种复杂的力学环境。
2. 结构分析悬挑结构的设计还涉及到结构分析。
在这个过程中，必须考虑到悬挑荷载的承受能力、结构的强度、稳定性和刚度等因素。
通过结构分析，可以得到结构的内力和应力分布，为设计提供了科学依据。
3. 选择合适的材料悬挑结构的设计需要选择合适的材料。
通常选择的材料有钢筋混凝土、钢结构、木结构等，根据实际情况选择合适的材料。
要保证材料的强度、稳定性和耐久性，在荷载和环境的作用下能够保证结构的安全、可靠和长久使用等。
4. 设计稳定性悬挑结构的设计还需要考虑其稳定性。
在使用中会受到某些不利的因素影响，如温度变化、施工误差和地震等。
因此，必须考虑悬挑构件的整体稳定性和局部稳定性，保证结构在使用过程中不发生位移、振动等不稳定现象。
三、悬挑结构设计方法1. 悬挑桥梁悬挑桥梁是悬挑结构中的一种常见形式。
它的设计方法通常包括以下几个步骤：首先进行桥梁的基本设计，确定跨度、悬挑长度、载荷等参数；然后进行桥面板的设计，包括板的宽度、厚度、型式和预应力设计等；接着进行主梁的设计，包括主梁尺寸、材料、强度和稳定性等；最后进行连接构件的设计，包括悬臂物和支持物的连接设计等。
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大跨度悬挑结构的设计与试验陈硕苇 蒋志贤(同济大学,上海200092)提 要 同济大学图书馆扩建工程要求在主楼标高16105m 处及以上(五层楼面及以上)向外悬挑外包尺寸为25m ×25m 的楼面,共七层。
悬臂尺寸为7115m 。
要悬挑如此大的长度,又要保证悬挑楼面的正常使用是有一定难度的。
最后选用预应力悬臂空腹桁架作为楼面承重结构,达到预期效果。
本文通过对同济大学图书馆新楼的预应力悬臂空腹桁架的设计,着重研究以下内容:11预应力对超静定结构的影响;21超静定预应力空腹桁架结构的内力分析方法。
关键词 悬臂,空腹桁架,预应力D esign of Can tilevered V ierendeel Truss of A L ibraryCH EN Shuow ei J I AN G Zh ix ian(Tongji U niversity ,Shanghai 200092)Abstract In th is p aper ,the design of can tilevered vierendeel tru ss of Tongji U n iversity L ib rary is described and the m ethod of analysis of p restressed vierendeel tru ss and the in 2fluence ofp restress on statically indeter m inate structu re are studied .Keywords can tilever ,vierendeel tru ss ,p restress1前 言某高校图书馆扩建工程为保留原图书馆房屋,在原图书馆的两个内天井中采用两个楼、电梯、管道井筒来承受竖向和水平荷载。
为避开原有两层房屋,要求主楼筒体在标高16105m 处及以上(五层楼面及以上)向外四周悬挑楼面,其外包尺寸为25m ×25m ,共七层,悬臂尺寸为7115m (见图1)。
要悬挑如此大的跨度,又要保证悬挑楼面的正常使用是有一定难度的。
在不影响使用前提下,最后选用预应力悬臂空腹桁架作为楼面承重结构。
空腹桁架截面尺寸及结构在使用荷载作下的受力情况见图2。
为验图1证计算结果的可靠性,还进行了该结构型式的模拟试验。
本文通过对预应力空腹桁架的设计和试验,着重研究如何分析此类型结构以及模拟试验验证。
图2(括号内尺寸为试验件尺寸)2试验概况211试件尺寸选择为了使所设计的试件尽可能地与原结构物相近,以提高试验结果的可信度,而且又便于施工,试验所选用的试件外形尺寸基本上是原结构外形尺寸的1 2。
试件的各杆件截面尺寸则是由原结构物各杆件的线刚度按同一比例缩小而成,其截面尺寸也大致接近原结构物截面尺寸的一半。
原上、下弦杆截面尺寸为400mm ×1150mm ,试件为200mm ×580mm ;原腹板截面尺寸为250mm ×1500mm ,试件为125mm ×745mm 。
各杆件截面配筋率均与原结构物相应杆件截面的配筋率相同,由此得出各杆件内的钢筋直径和根数。
同样以相同的体积率得出箍筋的直径和间距。
另外,为了模拟原结构物的固定端,在桁架的固定端部分增长2000mm 长的实腹混凝土,且在此范围内,将下弦截面高度加大100mm 。
预应力筋的位置及非预应力筋的重心均按原结构物的比例缩小,试件的尺寸详见图2。
212试验装置及测试内容21211支座装置原结构物为一端固定在楼电梯井筒上,另一端自由的悬臂空腹桁架。
试件的固定端模拟是采用如下的形式,即在试件的实腹端端部布置一反力架,在反力架与试件之间用千斤顶预先施加荷载。
此荷载与施加的支座反力形成一力偶,用来平衡悬臂部分所作用的荷载。
为了使试件所受的荷载大小及位置与原结构物相似,加荷的方式是用一分配梁来调整两个集中力的比例。
在分配梁与反力架之间设置一加载用的千斤顶,使两集中力的比例较符合原结构物的受力情况。
由于下弦杆处加荷困难,故将荷载集中加在上弦杆上。
在整个试验过程中为了防止试件的侧向失稳,在试件两侧两个反力架的钢柱上固定一滚轴,以限制试件的侧向变形,但不影响试件的竖向变形。
21212加载制度本试验采用单向加载。
先是两次重复加荷载至预定值,再是一次加载至设计值及最后一次加载至破坏。
两次重复加载的荷载值分别为破坏荷载的40◊和60◊,卸载至零后再加载至试件的极限荷载P =416.0kN 。
卸载至零后再加载至试年破坏。
每一次试验均分成12级来加载,卸载分四级进行。
21213上弦杆施加预应力上弦杆预应力筋的张拉程序及控制应力均与原结构相同,即按规范规定控制应力为0165R v =0.65×1600M Pa =1040M Pa 。
为了减少钢丝松弛损失,未采取超张拉方法,张拉程序采用先张拉15◊ΡK ,卸载后再拉至60◊ΡK ,恒载三分钟,最后张拉至1103ΡK 。
预应力采取应力、应变双控。
3测试结果(1)破坏过程 第一次加载,当试件施加荷载从零至P =204.8kN 时,即约为破坏荷载的40◊,发现在腹板与弦杆的交接处出现微细裂缝,但试件的变形却随着荷载增长基本上成线性比例增加,挠度也很小。
当P =204.8kN 时,最大挠度为3167mm 。
卸载至零后残余变形也很小,仅0103mm 。
这一阶段的试件基本上属弹性工作阶段。
第二次加载,当荷载从零加载至破坏荷载的60◊时,即当试件施加荷载至P =313.6kN 时,中腹板出现45°斜裂缝,上弦杆及下弦杆出现直细裂缝。
另外,上弦杆,端腹板下端及中腹板上端也发现了裂缝。
测得这些测点处的应变已由一、二级加载时的压应变转变为七、八级加载时的拉应变。
此时测得试件最大挠度为4137mm 。
卸载至零后,自由端处残余挠度为01944mm ,试件已进入弹塑性工作性态。
第三次次加载,当试件施加荷载至P =339.2kN 时,中腹板中部裂缝宽度达0112mm ,继续加载到P =390.4kN 时,腹板的裂缝宽度由0112mm 发展到0124mm ,下弦杆垂直裂缝延伸,上弦杆根部出现新的垂直裂缝。
当施加荷载达到P =416.0kN 时,腹板裂缝宽度达到0132mm 。
此时,测得的压应力值达Ρ=-17.4M Pa 。
可以认为,此时已进入使用的极限状态。
这时测得试件的最大挠度为61046mm 。
卸载至零后,残余变形更大。
图3图中:实线表示试验结果虚线表示计算结果第四次加载至P =747.5kN 时,腹板的裂缝数量急剧增加,原裂缝长度延伸,宽度增大,腹板局部裂缝几乎贯通。
腹板最大裂缝宽度为8144mm 。
在这一级荷载下,腹板发出吱吱的响声,有碎块下落,挠度也急剧增加。
由于腹板剪切破坏而引起破坏。
此时测得试件的最大挠度为33168mm 。
(2)实测的P -∃曲线和按理论计算的P -∃曲线见图3。
4试验结果分析(1)计算简图的确立 计算简图采用图4模式。
图4 计算简图(2)三种内力分析方法 这种悬挑预应力空腹桁架结构的内力可以用三种计算方法进行计算。
①平面有限元弹性应力分析计算内力有限元法的计算单元选用三角形单元,每个节点有六个自由度,即除位移u ,Μ外,还有它们的偏导数5u X,5u Y,5ΜX,5ΜY。
由于改善单元精度,增加单元自由度,并采用高价位移函数,大大提高了平面有限元弹性应力分析计算内力的精度。
因此,此种方法计算预应力空腹桁架结构,其精度最高,能计算出平面上任一点处的应力、应变及位移;还能模拟试验的加载方法。
②按平面框架计算该方法的计算程序采用位移法,每一根杆件一端有三个位移u ,Μ,Η;对应着三个杆端力N ,V ,M 。
因此,每根杆件有六个位移,对应着六个杆端力。
此种方法是把结构作为杆系结构,即把框架梁、柱作为线性杆系处理。
由于一般框架的梁、柱截面较小,用此种方法计算,其结果与实际情况较接近。
③按壁式框架计算壁式框架的梁、柱都是杆端带有刚域的特殊杆件,每一节点有三个位移u ,Μ,Η;对应着三个杆端力N ,V ,M 。
壁式框架是介于按平面问题处理和按线性杆件处理之间的结构处理方法。
(3)几点结论①由于上弦杆施加了预应力,使试件破坏首先发生在端腹杆顶端内侧和中腹板下端外侧。
这样就大大减小了整个杆件的挠度。
在极限荷载P =416.0kN 作用时,中腹杆的裂缝宽度已超过允许值(达0132mm ),而挠度值为61046mm ,达到1 571,未超过结构的允许挠度值,说明结构的整体刚度很好。
②在弹性阶段,“平面有限元”方法计算的结果和试验结果最接近,按“平面框架”和按“壁式框架”模式计算的结果和试验结果也较吻合。
随着加载力P 的逐级增大,截面拉应力和压应力也随之增大,三种计算结构均符合截面应力的变化规律。
③由于对上弦杆施加了预应力,使腹板在荷载作用下由原来未施加预应力时的受压、弯、剪变成了受拉、弯、剪,腹板出现了轴向拉力,但轴拉力很小,在实际使用荷载作用下,用“平面有限元”方法计算,端腹板受轴向拉力为18613kN ;中腹板受轴向拉力为9713kN 。
④在荷载P =204.8kN 作用时,用单元体的摩称圆计算得出裂缝处某测点两个主应力值为主拉应力Ρ1=7.57M Pa,大于混凝土抗拉强度标准值;主压应力Ρ2=1153M Pa 。
主拉应力的倾角Α0约为54°,试件在荷载P =204.8kN 作用时所产生的裂缝与Ρ1的作用方向基本上相垂直。
(下转第38页)图2 第二层时程曲线图3 第三层时程曲线图4 第四层时程曲线图5 第五层时程曲线图6 层间相对位移曲线4结 论由于状态空间法可利用线性代数这个有力工具,把冗繁的数学公式表达得比较简明,并归纳为一个统一的标准形式,易于用计算机进行数值分析,使计算量减少。
本文将状态空间引入到结构地震反应分析中,从表1,表2及图1～图6中可以看出,本文计算结果具有较高精度,求解过程简单,效率高。
参考文献[1] 常春馨1现代控制理论基础1北京:北京机械工业出版社,1988[2] 郭继武1建筑抗震设计1北京:高等教育出版社,1990[3] 沈小璞等1基于状态空间理论的结构动力响应解法1工程力学(增刊),1996[4] 宋雅桐等1结构分析程序设计1南京:东南大学出版社,1990(上接第23页)5结束语通过对预应力空腹桁架的试验和用三种计算程序对预应力空腹桁架的计算,并把计算结果与试验结果进行比较分析,得出以下几点结论:(1)某高校图书馆工程采用的预应力空腹桁架型式在满足使用要求、减少构件截面高度、降低钢材用量等方面均是很成功的。
(2)对上弦杆施加预应力,使上弦杆克服了轴拉力,成为压弯构件,但却使原来受压的腹杆出现轴向拉力。