抗風索雙層張弦梁結(jié)構(gòu)受力分析

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1、第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會抗風索雙層張弦梁結(jié)構(gòu)受力分析徐巧云(北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院．北京100022)白正仙(北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院．北京100022)摘要：對設(shè)置抗風索的雙層張弦粱結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)分析，探討了下弦內(nèi)外索垂度變化、抗風索高度變化對結(jié)構(gòu)受力性能的影響；分析比較了設(shè)置抗風索和未設(shè)置抗風索張弦粱結(jié)構(gòu)的抗風性能，得到前者抗風效果顯著的結(jié)論。關(guān)鍵詞：抗風索，雙層張弦粱．參數(shù)分析一、引言雙層張弦梁結(jié)構(gòu)是一種新型的張弦梁結(jié)構(gòu)形式．該結(jié)構(gòu)形式是在張弦梁結(jié)構(gòu)下弦布設(shè)兩道索，在保證結(jié)構(gòu)受力合理的基礎(chǔ)上有效地減小了下弦垂度，

2、增大了室內(nèi)空間；同時在相同工況以及相同垂跨比、矢跨比等參數(shù)下，雙層張弦梁結(jié)構(gòu)的桿件內(nèi)力小于普通張弦梁結(jié)構(gòu)，故在一定程度上彌補了普通張弦梁結(jié)構(gòu)的不足?“’。目前張弦梁結(jié)構(gòu)的屋面通常采用輕質(zhì)屋面，屋面質(zhì)量較輕。當風荷載較大時，由于結(jié)構(gòu)坡度較小，風荷載體型系數(shù)為向上的風吸力。較大的風吸力作用容易抵消屋面恒載，使張弦粱結(jié)構(gòu)承受向上的分布荷載作用，從而導(dǎo)致上弦受拉，下弦受壓，這樣容易使下弦索松弛而退出工作。而下弦索是影響張弦梁結(jié)構(gòu)受力性能的關(guān)鍵因素，因此，必須采取一定的抗風措施。目前，張弦粱結(jié)構(gòu)的抗風措施主要有以下幾種：①對上弦配壓重法。

3、增大下弦預(yù)應(yīng)力法。設(shè)置錨拉索法@布設(shè)抗風索法。本文采用在雙層張弦粱結(jié)構(gòu)上部布設(shè)抗風索的方法，對抗風索施加一定的預(yù)應(yīng)力，使其在風荷載作用下參與工作，抵抗風荷載。二、靜力性能分析(一)參數(shù)的選用本文模型采用跨度129Ⅲ，上弦為倒三角截面的桁架結(jié)構(gòu)，下弦設(shè)置兩道索，桁架上部設(shè)置抗風索。計算分析時，上弦桁架視為桿單元，下弦拉索以及抗風索視為索單元。．雙層張弦粱結(jié)構(gòu)桁架上弦采用的截面為：上弦截面為0457×14，下弦支座桿件截面為m480×25，下弦中間桿什截面為巾480x19；雙層張弦粱結(jié)構(gòu)下弦拉索采用m7×397高強度低松弛拉索。結(jié)構(gòu)

4、所受的荷載具體取值為：恒荷載：20．7kN／m；風荷載：∞。=(0．75～1．35)kN／盯，∞z=(O．469～O．8442)kN／Ⅲ，(分左風、右風)：活荷載：O．5l【N／m?？紤]以下幾種工況：‘表1：工況表工況荷載組合!工況l1．2恒荷載+1．3全跨活荷載工況21．2恒荷載+1．3半跨活荷載]：況31．2恒荷載+1．4風荷載l工況41．2恒荷載+l4風荷載2(二)計算分析1、結(jié)構(gòu)下弦索垂跨比改變對結(jié)構(gòu)的影響下弦外索垂跨比變化時，桁架上弦、下弦、位移及索應(yīng)力變化情況見圖卜圖4。下弦內(nèi)索垂跨比變化時，各指標變化情況見圖5一圖

5、7。下弦內(nèi)外索垂跨比都變化時，各指標變化情況見圖8一國10。工業(yè)建筑2007增刊第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會i司盛i：lj凰1．；j；

6、＼：3～＼竭。圈到團；拾；習(xí)惻；壅№№圖5l韶}弦圖6下弦內(nèi)索垂跨比增大時，桁架上下弦部分桿件軸力減小，內(nèi)索間的桁架桿件軸力增大；結(jié)構(gòu)位移有小幅度的減小：內(nèi)外索應(yīng)力變化不大；結(jié)構(gòu)的水平、豎直位移和內(nèi)外索的索應(yīng)力也隨垂跨比的增大而減小，但效果并沒有外索垂跨比對位移和索力的影響明顯。474工業(yè)建筑2007增刊一圖篁主旦全里墨垡絲塑三里蘭查堡塑叁，司藤．}習(xí)溷i胡釜!司屈i尋惻‘劉霞瀚’割團汀幽q

7、、一；1I==I盈2自j幽”。J．工業(yè)建筑2007增刊第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會3、抗風索對結(jié)構(gòu)的影響(1)布設(shè)抗風索對結(jié)構(gòu)的影響(圖15一16)’}蠶妻‘，?！甶爭要一騫S彩’：j：·義銦屈罰例利1476

8、烈：j∑．力圖20圖21工業(yè)建筑2007增刊蘭主墮叁里堡垡墮塑三塑蘭查堡墮叁在工況l、工況2下，增加抗風索的高度對結(jié)構(gòu)的桁架軸力影響很?。豢癸L索高度增大會使結(jié)構(gòu)的位移和下弦內(nèi)外索的索力有小幅度的增大。當風荷載較大時，抗風索的高度對結(jié)構(gòu)影響較大?？癸L索的高度越高，在相同荷載作用下的水平和豎直位移也較抗風索低的結(jié)構(gòu)的位移小

9、；下弦索的應(yīng)力也有一定的減小。因此，在張弦梁結(jié)構(gòu)上部設(shè)置抗風索以更好的抵抗風吸力的作用，更有效的發(fā)揮結(jié)構(gòu)的抗風性能。(3)工況3與工況4下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)(見圖22—23)。量VR目*羹中荷吐(b】圖22集中自筑岫】圖23風荷載體型系數(shù)會出現(xiàn)左右不對稱的工況(建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范6．2．3)，這樣會造成結(jié)構(gòu)受不對稱風荷載作用即工況4。不對稱的風荷載對結(jié)構(gòu)的索應(yīng)力影響較大，隨著風荷載的增大，索應(yīng)力和結(jié)構(gòu)的位移的變化較大；且風荷載越大，前者的不利作用更加突出?？梢?，工況4對結(jié)構(gòu)更為不利，采取設(shè)置抗風索的方式來抵抗風荷載是非常必要的。四、結(jié)論本

10、文對設(shè)置抗風索的雙層張弦梁結(jié)構(gòu)進行了不同工況作用下的受力分析和參數(shù)分析。布設(shè)抗風索的雙層張弦粱結(jié)構(gòu)是一種新型的結(jié)構(gòu)形式。在張弦桁架上部布設(shè)抗風索，在較大的風荷載作用下，能夠有效地抵抗風荷載的作用，彌補了張弦粱結(jié)構(gòu)抗風性能較弱的不足。它進一步豐富了張弦梁的結(jié)構(gòu)形式