大跨度预应力张弦梁结构施工过程模拟(附件)【字数：11004】
摘 要摘 要张弦梁结构是一种新型空间结构，近年来应用日益广泛。通过几根受压杆件将压弯构件与受拉构件连接，之后对索施加一定预应力，使结构能够产生一定的反拱，从而抵消部分结构上的载荷，使得结构能够基本回复到初始形状的一种空间结构，张弦梁结构具有良好的受力性能与经济指标。本文利用ANSYS软件，对镇江市体育会展中心屋盖结构中的单榀张弦梁2-M进行研究。按单榀梁2-M的设计尺寸结合实际工况建立了单榀梁的有限元模型。然后对单榀张弦梁的分段吊装方案在静力学中进行了研究，得出了各分段在施工过程中的竖向位移和结构内的应力。最后本文通过分级张拉法对单榀梁2-M的张拉施工进行模拟，分析了预应力变化对单榀张弦梁结构的影响，得出了在张拉施工过程中，结构跨中的最大竖向位移、支座的最大水平位移，验证施工方案的可行性。关键词单榀张弦梁；ANSYS应用；张拉模拟；吊装模拟。
目录
第一章 绪论 1
1.1 张弦梁结构 1
1.1.1 预应力张弦梁 1
1.1.2 张弦梁的分类 1
1.1.3 结构特点 2
1.2 国内外工程实例 4
1.3 张弦梁的研究方法 8
1.4 施工研究现状 9
1.5 本文研究的主要内容 11
第二章 单榀梁吊装方案 13
2.1 吊装施工模拟方法 13
2.2 结构计算模型 14
2.3 单榀张弦梁的吊装模型 16
2.4 吊装施工模拟 16
2.4.1 分段1吊装模拟 16
2.4.2 分段2吊装模拟 18
2.4.3 分段3吊装模拟 20
2.5 本章小结 22
第三章 张拉施工模拟 24
3.1 预应力的施加与模拟方法 24
3.1.1 预应力的施加 24
3.1.2 模拟预应力的方法 25
3.2 预应力的模拟 26
3.3 分级张拉模拟 28
3.4 张拉模拟结果 34
3.5 本章小结 35
第四章 结论 36
致谢 37
参考文献 38 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第一章 绪论
张弦梁结构
预应力张弦梁
预应力张弦梁 (Beam String Structure，简称 BSS)属于组合结构，是一种由受压腹杆将梁、拱、桁架等上弦压弯构件和索组合在一起而形成的混合结构体系 [1]。日本大学的Mr.Saitoh教授最先把这种混合结构体系定义为预应力张弦梁。预应力张弦梁属于自平衡体系，其大致的结构如图11所示。/
图11 预应力张弦梁结构示意
张弦梁的分类
在结合实际工程要求的情况下，张弦梁的结构愈加多样化，但是根据结构的受力特点大致可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构[2]。
（一）平面张弦梁
平面张弦梁的各受力构件均处于同一平面内，受力也以基本在同一平面内。如图12所示，直线型张弦梁的上弦梁件呈直线形，而拱形张弦梁的上弦梁件呈弧形上拱，人字形张弦梁的上弦梁呈汉字“人”形，这三种张弦梁[3]是最常见的平面张弦梁结构。
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图 12 三种平面张弦梁
直线形张弦梁这种结构通过拉索和撑杆产生弹性支承作用在上部直线梁上，抵消由载荷产生部分的上部结构所受的弯矩，这种结构式在楼板结构以及中小跨度的屋面结构上得到了普遍应用[4]。
拱形张弦梁结构中对拉索施加应力，通过撑杆的支撑使梁结构上拱，抵消载荷作用下梁上产生的弯矩。同时，拉索上的拉力与梁对支座的作用力方向相反所以可以减小支座在水平方向的位移。拱形的梁承重性能良好，所以在载荷作用较大的大跨度屋盖结构中常常使用该结构式。
将直线形张弦梁进行组合就可以得到人字形张弦梁结构由。人字形张弦梁结构中的下弦拉索可以大大抵消两端的推力，并且起拱相对较高，这种结构式在小跨度双坡屋顶建筑中应用较多。
（二）空间张弦梁结构
空间张弦梁是由平面张弦梁结构组合而成的。/
（a）垂交 (b)斜交 （c）辐射交
图 13 空间张弦梁结构示意图
在平行布置的平面张弦梁中加装纵向支撑就形成了单向张弦梁结构。其中纵向支撑的设置不仅保证了结构平面外的稳定性，而且为平面张弦梁提供了弹性支撑。这种结构常见于平面矩形屋盖。
空间张弦梁比起平面张弦梁来说结构上更加复杂，但是通过结构分析可以看出空间张弦梁实际上就是由平面张弦梁通过特殊的布置组合构成的。
平面张弦梁互相垂交形成的空间张弦梁被称作双向张弦梁，如图13(a)，。椭圆平面屋盖、方形平面屋盖等结构中常常使用该结构。
如图13（b），平面张弦梁互相斜交交形成的空间张弦梁被称作多向张弦梁。圆形屋盖结构、正多边形屋盖结构多采用该结构式。
辐射式张弦梁如同喷泉一样，上弦梁中心向外喷射发散，而后聚合到下弦梁对应中心的结构被称为辐射式张弦梁，如图13（c）。在类似圆形的屋盖结构多采用该空间结构。
结构特点
张弦梁具有半刚性结构的共性同时也具有其特性：
⑴ 承载能力高
如图12（a）[5]为一张弦梁结构，其梁为一刚性构件，跨中设一撑杆，梁与撑杆都和索相连接。如图12（b）所示是在梁上施加均布载荷后，梁内的弯矩情况；索内施加预应力后，经过支座和撑杆的作用，梁内会产生如图12（c）的负弯矩。如图12（d），当预应力作用下的梁的跨中弯矩与载荷作用下产生的弯矩等值时，张弦梁结构中梁所受的最大弯矩只有普通梁结构单独受力时的1/4。同时，可以在沿跨度方向调整撑杆的布置，来调整梁在跨度方向的内力，使内力较为均匀地分布在截面上。梁和索互相连接，彼此互相约束，使得结构的形状更加稳定，结构整体的承重性能大大提高 [6]。
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图14 张弦梁受力示意图
⑵荷载引起的结构变形小
张弦梁结构中上弦梁直接受到载荷作用，拉索施加应力后经过撑杆的作用使上弦梁上拱，从而抵消一部分载荷作用。拱形结构在承重方面比简单刚性结构优秀得多。载荷一定，张弦梁产生的弯矩较小，梁与索形成的整体结构稳定，构件变形、支座的位移都很小。
⑶自平衡功能
目录
第一章 绪论 1
1.1 张弦梁结构 1
1.1.1 预应力张弦梁 1
1.1.2 张弦梁的分类 1
1.1.3 结构特点 2
1.2 国内外工程实例 4
1.3 张弦梁的研究方法 8
1.4 施工研究现状 9
1.5 本文研究的主要内容 11
第二章 单榀梁吊装方案 13
2.1 吊装施工模拟方法 13
2.2 结构计算模型 14
2.3 单榀张弦梁的吊装模型 16
2.4 吊装施工模拟 16
2.4.1 分段1吊装模拟 16
2.4.2 分段2吊装模拟 18
2.4.3 分段3吊装模拟 20
2.5 本章小结 22
第三章 张拉施工模拟 24
3.1 预应力的施加与模拟方法 24
3.1.1 预应力的施加 24
3.1.2 模拟预应力的方法 25
3.2 预应力的模拟 26
3.3 分级张拉模拟 28
3.4 张拉模拟结果 34
3.5 本章小结 35
第四章 结论 36
致谢 37
参考文献 38 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
第一章 绪论
张弦梁结构
预应力张弦梁
预应力张弦梁 (Beam String Structure，简称 BSS)属于组合结构，是一种由受压腹杆将梁、拱、桁架等上弦压弯构件和索组合在一起而形成的混合结构体系 [1]。日本大学的Mr.Saitoh教授最先把这种混合结构体系定义为预应力张弦梁。预应力张弦梁属于自平衡体系，其大致的结构如图11所示。/
图11 预应力张弦梁结构示意
张弦梁的分类
在结合实际工程要求的情况下，张弦梁的结构愈加多样化，但是根据结构的受力特点大致可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构[2]。
（一）平面张弦梁
平面张弦梁的各受力构件均处于同一平面内，受力也以基本在同一平面内。如图12所示，直线型张弦梁的上弦梁件呈直线形，而拱形张弦梁的上弦梁件呈弧形上拱，人字形张弦梁的上弦梁呈汉字“人”形，这三种张弦梁[3]是最常见的平面张弦梁结构。
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图 12 三种平面张弦梁
直线形张弦梁这种结构通过拉索和撑杆产生弹性支承作用在上部直线梁上，抵消由载荷产生部分的上部结构所受的弯矩，这种结构式在楼板结构以及中小跨度的屋面结构上得到了普遍应用[4]。
拱形张弦梁结构中对拉索施加应力，通过撑杆的支撑使梁结构上拱，抵消载荷作用下梁上产生的弯矩。同时，拉索上的拉力与梁对支座的作用力方向相反所以可以减小支座在水平方向的位移。拱形的梁承重性能良好，所以在载荷作用较大的大跨度屋盖结构中常常使用该结构式。
将直线形张弦梁进行组合就可以得到人字形张弦梁结构由。人字形张弦梁结构中的下弦拉索可以大大抵消两端的推力，并且起拱相对较高，这种结构式在小跨度双坡屋顶建筑中应用较多。
（二）空间张弦梁结构
空间张弦梁是由平面张弦梁结构组合而成的。/
（a）垂交 (b)斜交 （c）辐射交
图 13 空间张弦梁结构示意图
在平行布置的平面张弦梁中加装纵向支撑就形成了单向张弦梁结构。其中纵向支撑的设置不仅保证了结构平面外的稳定性，而且为平面张弦梁提供了弹性支撑。这种结构常见于平面矩形屋盖。
空间张弦梁比起平面张弦梁来说结构上更加复杂，但是通过结构分析可以看出空间张弦梁实际上就是由平面张弦梁通过特殊的布置组合构成的。
平面张弦梁互相垂交形成的空间张弦梁被称作双向张弦梁，如图13(a)，。椭圆平面屋盖、方形平面屋盖等结构中常常使用该结构。
如图13（b），平面张弦梁互相斜交交形成的空间张弦梁被称作多向张弦梁。圆形屋盖结构、正多边形屋盖结构多采用该结构式。
辐射式张弦梁如同喷泉一样，上弦梁中心向外喷射发散，而后聚合到下弦梁对应中心的结构被称为辐射式张弦梁，如图13（c）。在类似圆形的屋盖结构多采用该空间结构。
结构特点
张弦梁具有半刚性结构的共性同时也具有其特性：
⑴ 承载能力高
如图12（a）[5]为一张弦梁结构，其梁为一刚性构件，跨中设一撑杆，梁与撑杆都和索相连接。如图12（b）所示是在梁上施加均布载荷后，梁内的弯矩情况；索内施加预应力后，经过支座和撑杆的作用，梁内会产生如图12（c）的负弯矩。如图12（d），当预应力作用下的梁的跨中弯矩与载荷作用下产生的弯矩等值时，张弦梁结构中梁所受的最大弯矩只有普通梁结构单独受力时的1/4。同时，可以在沿跨度方向调整撑杆的布置，来调整梁在跨度方向的内力，使内力较为均匀地分布在截面上。梁和索互相连接，彼此互相约束，使得结构的形状更加稳定，结构整体的承重性能大大提高 [6]。
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图14 张弦梁受力示意图
⑵荷载引起的结构变形小
张弦梁结构中上弦梁直接受到载荷作用，拉索施加应力后经过撑杆的作用使上弦梁上拱，从而抵消一部分载荷作用。拱形结构在承重方面比简单刚性结构优秀得多。载荷一定，张弦梁产生的弯矩较小，梁与索形成的整体结构稳定，构件变形、支座的位移都很小。
⑶自平衡功能
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