张弦结构精选PPT
midas例题张弦结构分析
例题张弦结构分析M I D A S/G e n1例题2 例题10. 张弦结构分析概要此例题将介绍利用MIDAS/Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
该例题的建模部分可以参见MIDAS/Gen语音资料的弧形网架建模动画，这里不再做介绍。
通过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在MIDAS/Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有索单元的结构进行弹性反应谱分析。
张弦结构概述张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。
张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结构可称作张弦梁或张弦桁架。
本例题中介绍的模型使用张弦桁架。
张弦结构的特点张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。
对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分布（使桁架或梁中的内力分布趋于均匀）张弦结构的形态定义张弦结构像悬索结构等柔性结构一样，根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常将其结构形态定义为零状态、初始态和荷载态三种。
（1）：零状态零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也称结构放样态。
当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。
（2）：初始态初始态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。
初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。
（3）：荷载态荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。
张弦桁架在MIDAS中的计算此例题的分类及各自的步骤如下:一、在工程中已知索单元初拉力的情况下，加其它荷载进行分析，求索单元的拉力变化及结构的变形。
midas Gen-张弦结构分析1
例题4 张弦结构分析1例题张弦结构分析2 例题. 张弦结构分析概要此例题将介绍利用midas Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。
该例题的建模部分可以参见midas Gen初级培训的网架建模步骤，这里不再做介绍。
通过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在midas Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有索单元的结构进行弹性反应谱分析。
张弦结构概述张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。
张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结构可称作张弦梁或张弦桁架。
本例题中介绍的模型使用张弦桁架。
张弦结构的特点张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。
对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分布（使桁架或梁中的内力分布趋于均匀）张弦结构的形态定义张弦结构像悬索结构等柔性结构一样，根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常将其结构形态定义为零状态、初始态和荷载态三种。
例题张弦结构分析（1）：零状态零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也称结构放样态。
当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。
（2）：初始态初始态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。
初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。
（3）：荷载态荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。
张弦桁架在midas中的计算此例题的分类及各自的步骤如下:一、已知索单元初拉力的情况下，求索单元的拉力变化及结构的变形。
ansys实例讲解.ppt
有限元求解
▪ 选择求解方式（new analysis） ▪ 静力求解（statics） ▪ 模态求解（modal） ▪ 谐响应分析（harmonic） ▪ 瞬态分析（transient） ▪ 谱分析（spectrum） ▪ 特征屈曲分析（Eigen bulking）
有限元求解
▪ 设定非线性求解方法、荷载子步等 ▪ 设定不同的荷载步
分工具自己完成。 ▪ 划分出的单元尽量规则，避免出现畸变单
元 ▪ 网格划分要注意不同单元类型和材料属性
施加载荷与约束条件
▪ 载荷或者约束条件的类型 ▪ 力（集中力、面力）可以施加到节点、关键点、
线、面上 ▪ 位移（面位移，节点位移） ▪ 温度载荷 ▪ 加速度
无论施加到什么上约束和载荷，最终都要归结到节点上， 形成刚度矩阵、载荷矩阵和位移矩阵，通过数值求解来 得到模拟结果。
张弦梁实体结构及模型局部高温作用下三点弯曲实验夹头应力分析塔架应力及位移分布云图钢管自动组对系统加载变形分析30crmnsi材料连接轴破坏模式分析潜艇电池悬挂装置应力分析张弦梁实体结构及模型局部高温作用下三点弯曲实验夹头应力分析塔架应力及位移分布云图钢管自动组对系统加载变形分析30crmnsi材料连接轴破坏模式分析潜艇电池悬挂装置应力分析ansys分析过程算例一桁架的有限元分析算例2两跨框架梁受力分析算例三半球壳体受均布压力
各个方向的应力、应变、位移、结构反力 等等 ▪ 以 列表的形式列出各个计算结果（list results） ▪ 绘制各个参量的变化图线（timehist postprocess） ▪ 制作各参量的变化动画
常用的一些技巧和需注意的一些问题
▪ 要对照书多做算例来熟悉ansys操作。 ▪ 要保存你进行的每一步 ▪ 出错时如果没有上一步的保存文件，可以
论述张弦梁结构特点
论述张弦梁结构特点1.张弦梁的结构特征张弦梁结构的整体刚度贡献来自两个方面，抗弯构件截面和与拉索构成的几何形体，其是种介于刚性结构和柔性结构之间的半刚性结构。
它具有以下特征：1.1承载能力高。
张弦梁结构中索内施加的预应力可以控制刚性构件的弯矩大小和分布。
1.2使用荷载作用下的结构变形小。
张弦梁结构中的刚性构件与索形成整体刚度后，这一空间受力结构的刚度就远远大于单纯刚性构件的刚度，在同样的使用荷载作用下，张弦梁结构的变形比单纯刚性构件小得多。
1.3自平衡功能。
当刚性构件为拱时，将在支座处产生很大的水平推力。
索的引入可以平衡侧向力，从而减少对下部结构抗侧性能的要求，并使支座受力明确，比较容易设计与制作。
1.4结构稳定性强。
张弦梁结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的刚性构件而使体系的刚度和形状稳定性大为增强。
同时，若适当调整索、撑杆和刚性构件的相对位置，可保证张弦梁结构整体稳定性。
1.5建筑造型适应性强。
张弦梁结构中刚性构件的外形可以根据建筑功能和美观要求进行自由选择，而结构的受力特性不会受到影响。
1.6制作、运输、施工方便。
与网壳、网架等空间结构相比，张弦梁结构的构件和节点的种类、数量大大减少，这将极大地方便该类结构的制作、运输和施工。
此外，通过控制钢索的张拉力还可以消除部分施工误差，提高施工质量。
2.张弦梁结构的施工2.1张弦梁结构中索内预拉力的施加方法2.1.1花篮螺丝调节法是通过调节索在两个固定点间的长度来施加预拉力，一般用于施加较小预拉力的张弦梁结构。
2.1.2张拉钢索法是通过锚具和千斤顶直接张拉钢索以施加预拉力，一般有两端张拉和一端张拉两种方法。
两端张拉可以使预拉力沿索长的分布相对均匀，适用于跨度较大的结构。
2.1.3支承卸除法是利用结构自重或附加在结构上的配重来施加预拉力。
在结构安装后卸除支承，由于刚性结构的变形，将部分结构自重和配重传递给撑杆，通过撑杆对索施加拉力。
屋盖张弦梁施工技术交流培训PPT(图片丰富)
三、张拉施工方案
施工顺序
下弦索和斜拉索张拉滞后钢构安装两榀，流水作业，张拉前 该榀张弦梁两侧纵向次梁已安装完成。
三、张拉施工方案
施工模拟
张拉过程张弦梁拉索张拉端（CK、CN轴）索力变化如表所示，表中黑 体数字为该拉索施工时所施加的张拉力。
张拉过程张拉端索力表（单位：kN）
轴线号
3 5 7 9 11 13 15 17
张拉施工方案 3
三、张拉施工方案
张拉施工思路
本工程张弦梁结构为下凹型，其索撑体系有出平面失稳的趋势，在施 工过程中必须保证张弦梁的稳定性。
思路一：形成整体结构体系后再进行张拉。
三、张拉施工方案
张拉施工思路
本工程张弦梁结构为下凹型，其索撑体系有出平面失稳的趋势，在施 工过程中必须保证张弦梁的稳定性。
计算 实际 计算 实际
11
cn
cb
5511.7 5084.2
5395.9 5050.1
112.68
104
13
cn
cb
5511.1 5083.6
5395.9 5015.7
112.71
106
15
cn
cb
5511.7 5084.2
5372.9 5000
112.65
105
17
cn
cb
5583.1 5150
5453.6 5000
思路二：从一端向另一端 施工，张拉作业滞后箱梁安装 若干榀，保证受张拉单元处于 屋面结构平面内两侧结构的侧 向约束之下。
三、张拉施工方案
张拉施工方法
（1）张拉时机和张拉顺序 采用分批、分级、一次到位的张拉方法。
（2）主动张拉点 张弦梁两端张拉；斜拉索一端张拉，张拉点位于下端。 屋盖支撑一端张拉，同网格内的两根同时张拉。
建筑结构类型讲解ppt详细课件
框架结构
剪力墙结构
剪力墙结构通 过剪力墙提供 竖向承载力和 抗侧力，较之 于框架结构， 墙的抗侧力比 柱子抗侧力好， 适合做高层建 筑，如图所示。
框架-剪力墙结构
既有框架柱又有剪力 墙的结构称之为框架 -剪力墙结构，框架 和剪力墙组成了多道 防线，如图所示。
框架-斜撑结构 (小斜撑结构)
小斜撑结 构用斜撑 代替部分 剪力墙， 达到提高 抗侧力的 效果，如 图所示。
大跨空间楼盖
门式钢架
门式刚架是 厂房、大棚 多用的一种 结构，类似
于钢构桥跨 越大跨度， 门市刚架是 梁柱节点刚 接，如图所 示。
排架
类似于桁 架桥，排 架一般通 过桁架跨 越一定距 离，如图 所示。
桁架可 以跨越 较大距 离，一 般用于 车站、 机场大 厅等。
桁架
张弦结构（鱼腹式）
张弦结构原理 与图上承式悬 索桥（鱼腹式） 类似。将上承 式索桥的鱼腹 梁原理用于空 间结构即为张 弦结构，如图 所示。
悬挂结构
数层楼 层通过 悬挂的 方式悬 挂于主 结构之 上的结 构称之 为悬挂 结构， 如图所 示。
悬索（拉索）结构
利用索受拉承载，图中为美国 Minneapolis联邦储备银行大厦悬索 结构，有专家建议在上面做拱结构加 层，拱的推力能够抵消一部分索的拉 力。
美国Minneapolis联邦储备银行大厦 加层建议图
代代木体育馆内景
日本代代木体育馆
辐射式单层拉索结构模型
拉索结构仿生蜘蛛网
加拿大马鞍形单层索网体育馆及索网示意图
羽毛球拍
该结构与 斜拉桥原 理类似，
将斜拉桥 结构原理 用于空间 结构即为 斜拉结构， 如图所示。
斜拉结构
斜拉结构-杭州黄龙体育场
张弦结构分析
建筑结构三论文——从京北车站雨棚看结构功能实现以及建筑方案与结构方案的结合我所调研的建筑是位于西直门的京北车站站台钢结构大跨度雨棚。
该雨棚最大宽度115.5米，在该宽度上仅布两排钢柱，根据目测估计最大跨度应在70米左右。
雨棚整体为钢结构，内部为立体桁架，整体感觉十分轻盈、宏伟。
下面说说该方案的结构。
根据资料记载，该大跨度雨棚的结构学名为预应力张弦结构体系。
张弦结构是一种将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦悬索结合在一起形成自平衡的受力体系。
我们虽然没有学过张弦结构，但是我认为它就是这学期最后一次课上讲得悬索-桁架组合结构。
只是悬索-桁架组合结构常用在双曲面的大跨度屋面施工中。
这个车站雨棚的张弦结构则是悬索-桁架中的一榀。
可以清楚的看到上弦桁架，撑杆、下弦钢索三者形成了一榀屋架，资料记载这个建筑是有28榀这样的屋架并列安装形成的一个单曲面拱形结构。
京北车站雨棚的结构体系就是典型的张弦结构。
既然是组合结构，那我不妨把上弦的立体桁架和下弦的悬索分别分析一下。
雨棚上弦是拱形立体桁架，采用互成三角形的圆管相互交叉、支撑，用来承载屋顶恒荷载和雨雪等活荷载，是刚性受压构件。
这种结构的特点是轻盈，风阻小，刚度大，整体性强，结构稳定，可以适用于较大的跨度。
由于较小的风阻和较大的跨度适用，非常适合于车站建筑使用。
在一榀屋架的下弦，采用的是预应力悬索。
在大跨度结构中有单独应用悬索的，比如说悬索桥，目前已经实现了近2km的跨度。
这种架构的特点是自重轻，并且对高强钢的抗拉强度进行了最充足的利用，所以在相等的用钢量下，这种结构应该可以得到最大的承载力和跨度，非常经济。
但是单独应用悬索结构时稳定性差，所以才出现了悬索-桁架的组合结构。
在大跨度立体桁架结构中，上弦桁架的跨度很大，且在跨中铺设屋面板，承受近似均布的雨雪荷载，跨中有较大荷载存在。
所以跨度越大，跨中荷载就越大，为了防止压杆失稳，压杆直径就要随之增大，用钢量增加，结构自重增大，这样对结构的经济性不利。
张弦钢结构
图5 可分解空间张弦结构
图
弦支穹顶结构 弦支筒壳由上部的筒壳结构、 下部的预应力拉索和中间的撑杆组 成，撑杆上端与筒壳节点连接，下 端通过撑杆下节点与拉索相连，拉 索的两端通过锚固节点与筒壳的节 点相连，一般将锚固节点设置在筒 壳的支座位置处。
图 广西柳州奇石博物馆 奇石博物馆屋盖造型奇特，130 m 长，56 m 宽，屋盖采用了柱 面网壳的结构形式，在局部采用 了弦支筒壳结构。
2张弦结构的分类
2.1平面张弦结构 平面张弦结构由上部刚性构件和下部柔性拉索通过撑杆相连而形成的且具有平面 受力特性的结构形式即为平面张弦结构，此类结构受力以平面内受弯为主。按照 上部刚性构件的种类将平面张弦结构分为张弦梁、张弦桁架和弦支刚架结构，如 图 1 所示。
近年来张弦梁结构不仅广泛应用于建筑结构中，在农、林业方面也得到 了应用。图 2为一种大型农业喷灌设备，其主体结构采用张弦梁形式以 实现较大的跨度。其中单跨张弦梁跨体长度为 40 ～60 m，由上弦钢管 ( 主管道) 、角钢和拉筋组成，角钢呈人字形布置，在人字形角钢下部设 置两道长拉筋，对上部主管起到弹性支承。
张弦结构的特点及应用
1、张弦结构介绍： 张弦梁结构由上弦梁与下弦索通过竖向撑杆组成，其力 学性能优异、结构效率高，在屋盖结构尤其是楼盖结构中有 较好的应用前景。张弦结构按照其受力本质可分为平面、可 分解型空间和不可分解型空间张弦结构。首先，分别对平面 张弦结构中的张弦梁、张弦桁架，可分解型空间张弦结构和 不可分解型空间张弦结构中的弦支穹顶、弦支筒壳、弦支网 架、弦支混凝土屋盖、弦支拱壳、弦支网壳等结构类型进行 介绍。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。
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操作步骤
对于第一种分析
---打开建好的张弦桁架模型、输入其它荷载
---输入索单元的初拉力（即对索单元进行张拉）
---定义几何非线性分析控制数据
---运行结构分析
---查看结果
对于第二种分析
---打开建好的张弦桁架模型
---添加各类荷载、设定反应谱及工况
---使用小位移输入索单元的初拉力（即对索单元进行张拉）
设计的时候一般是已经求出了索单元的初拉力或者 常常先直接假定一个索拉力，然后进行结构在索拉力和其 它荷载共同作用下的分析。所以设计中应用MIDAS/Gen程 序对带索单元的结构进行分析一般是对初始态和荷载态进 行分析。
索初拉力的预估
工程中一般凭设计经验估算索的初拉力，常用的有如下 几种：
1）索控制应力取应变值为0.0015～0.00175时的应力值；
添加索单元的初拉力
在MIDAS/Gen中，进行几何非线性分析（大位移）分 析时，给索单元加初拉力的方法有三种：
1、荷载>初始荷载>大位移>几何刚度初始荷载
2、在建立单元的时候，“单元类型”选择为索单元时， 使用无应力长度“Lu”或者直接加“初拉力”
3、 荷载>预应力荷载>初拉力荷载
方法一施加的初拉力相当于内力。这可以用以下两点 来理解：一是该力不属于任何荷载工况。在查看某一荷载 工况下的索单元内力时，显示的数值为该荷载工况作用下 索单元内力和索中初拉力两者的合力。二是它只作用在施 加了力的索单元上，在分析时该方法加的初拉力只影响索 单元的刚度，不会对结构中其它构件产生内力或者位移。 （添加一个空工况，即只给工况类型，不添加任何属于该 类型的荷载值，分析后可以看到空工况作用下结构中不产 生位移，只有索单元有内力，其余构件的内力为零。）
几何刚度初始荷载提供的是刚度，而不是外力。可以 这样理解，在进行几何非线性分析的时候，索其实相当于 桁架，只是在每一步迭代时，索单元内的拉力会不断变化， 索单元的刚度也在不断变化，索单元就好比是一根截面在 不断变化的桁架单元。
• 方法二、三施加的初拉力相当于外力。它们的共同点是都会对结构中的其 它构件产生影响，带来位移及内力。但是两者又有不同，最主要的不同是： 建立索单元的时候添加的初拉力，既是外力，同时还影响索单元在计算时 候的初始刚度；而使用“初拉力荷载”添加的初拉力，只是外力，不影响 索单元在计算时候的初始刚度。另外二者还有以下的不同：
零状态的确定，往往还和施工的工艺情况等有关， 一般采用逆迭代法，该方法的基本思路是：首先假设一个 零状态的形状，然后施加索拉力，求出结构变形后的形状， 将其与初始态比较，如果差别比较小，就可以认为此时的 零状态就是要求的放样状态，如果差别超过一定的范围， 则修正零状态，再次迭代。该状态主要是用于工厂的构件 下料，所以一般在设计的时候不考虑，由钢结构加工单位 考虑 。
MIDAS/Gen 培训资料
张弦桁架
分析目的
（一）在工程中已知索单元初拉力的情况下， 加上其它荷载进行分析，求索单元的拉力变 化及结构的变形
（二）对带有索单元的结构进行反应谱分析
对带有索单元的结构进行分析，一般来说，索的变形 和梁、桁架单元相比要大，属于大位移，因此在分析的时 候需要使用几何非线性分析（也就是大位移分析）。求解 的时候需要通过迭代来进行。这就是分析目的一要做的工 作，在MIDAS/Gen中通过定义几何非线性分析来进行。
但是工程中有时候也需要计算带索单元的结构在地震 作用下的反应，而通过底部剪力法或者振型分解反应谱法 计算地震作用，进行的是线性分析，此时需要进行小位移 分析。另外索单元张拉后，带有一定的刚度，有时候为了 求解的简化，也可以将索单元等代成桁架单元来考虑，此 时也可以进行小位移分析。这就是分析目的二要做的工作， 在MIDAS/Gen中通过定义“初始荷载>小位移>初始单元内力” 来进行。
（仅供参考）
首先把索单元变成桁架单元，利用“初始荷载>小位 移>初始荷载控制数据” ，添加“初始内力组合”，一般 工程中考虑索拉力和自重平衡的时候为初始态，所以可以 选择自重荷载工况。利用小位移分析，可以在“结果>分 析结果表格>初始单元内力”中得到索单元的拉力。
然后将表格中“初始单元内力”的索单元内力值作为 索的初拉力，使用大位移分析，看看自重作用下，结构的 变形是否接近0，如果不接近0，则调整索单元的初拉力， 一般反复试算几次，即可得到索单元的初拉力值。
• 方法二施加的初拉力，不需要设定为荷载工况，在计算后，查看某工况下 的结构内力时，得到的结果是该工况和初拉力共同作用的结果。（可以在 模型中添加一个空工况，分析后可以看到该工况下，结构中会产生位移， 除了索单元有内力外，其余构件也会有内力）。在分析时该方法加的初拉 力既影响索单元的初始刚度，又对其它构件产生内力。 工程中，如果需要模拟张拉索单元后，考虑其它构件中也带有内力的情况， 可以使用该方法添加初拉力，然后可以进行结构在其它工况的荷载作用下 的非线性分析。
2）索控制应力直接取0.53倍的强度标准值，或有效应力 的0.13倍 ；
注意索的初拉力还要满足有关规范、规程的要求，例如 《点支式幕墙规程》（CECS 127－2001）规定：索的挠度应 控制在跨度的1/300以内；索的拉力不大于最小整索的破断 拉力的1/2.5。
利用MIDAS/Gen试算索中ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ拉力的一种方法：
---运行结构分析
---查看有关结果
分析模型与荷载工况
模型透视图 模型立面图
输入各种荷载
• 自重、屋面恒、活荷载的输 入同其它分析的输入。
• 由荷载组合建立荷载工况 需要查看几种荷载按一
定的方式进行荷载组合作用 后的结果，必须将该荷载组 合作为一个工况进行非线性 分析，查看该工况的结果。 MIDAS/Gen中可以通过“荷 载>由荷载组合建立荷载工 况”将某一荷载组合生成一 种荷载工况，再利用该工况 进行分析。
几点参考知识
——在开始学习张弦桁架的建模 分析之前，先了解几点有关的知识
张弦结构的形态定义
根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常将其结构形态定义为： （1）：零状态 零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也 称结构放样态。 当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的 要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变 形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。 （2）：初始态 初始态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。 初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。 （3）：荷载态 荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。