单榀张弦梁结构的稳定性能分析

时间：2025-04-27

第七届全国现代结构工程学术研讨会

单榀张弦梁结构的稳定性能分析

李义生

马志华

天津市北辰区房地产公司，天津３００４００）

摘要：单榀张弦粱结构作为平面结构，存在平面外失稳问题。本文研究单榀张弦粱结构的失稳现蒙，讨论了各参数对稳定性的影响＜如撑杆数目、垂跨比、高跨比、弦的面积、预力等因素对其稳定性的影响），研究结果对该结构工程应用有一定的参考作用。

关键词：单榀张弦梁结构，稳定性

一、引言

：

单榀张弦梁结构作为由拱、弦和撑杆组合而成的平面组合结构ｔ其稳定性能相比拱结构是否会有较大

改善，弦和撑杆对稳定性能的贡献如何等等问题值得探讨。本文就这些问题进行了分析讨论。

二、结构形式

单榀张弦梁结构中，撑杆对拱起弹性支座的作用。为研究撑杆对拱稳定性能改善的程度，本文选取一个撑杆、三个撑杆及多撵秆（选１９撑杆为代表）三种模型（分别设为模型３－Ｉ—Ｉ、３—１—２和３Ｉ－３）进行计算分析。三种模型的跨度、拱度和垂度均相同，分别为２２．４米、３Ｏ米和１３“米。各模型的用钢量及材料情况见参考文献１。

三、稳定性分析

（一）撑杆的影响

三种模型的跨度、拱度和垂度均相同，分别为２２．４米、３．０米和１．３４４米。采用几何非线性有限元法进行分析。拱离散为２０个等直梁元，撑杆为杆单元。弦作为不可受压的杆单元：弦的预力均取３０ｌ（Ｎ：边界条件是一端铰支座，另一端为可动铰支座。荷载考虑全跨和半跨两种工况，稳定分析分为平面内稳定和空间稳定两种情况。

图１、图２，分别为平面内稳定问题全跨荷载下，荷载与挠度（即ｚ方向位移）、荷载与水平位移（即ｘ方向位移）的关系图；图３、图４，分别为平面内稳定问题半跨荷载下，荷载与挠度、荷载与水平位移的关系图；图５、图６和图７分别为空间稳定问题全跨荷载下，荷载与挠度、荷载与水平位移及荷载与平面外位移（即ｙ方向位移）的关系图；图３一卜９、图３一卜１０和图３一卜１１分别为空间稳定问题半跨苟载下。荷载与挠度、荷载与水平位移及荷载与平面外位移的关系图。以上各位移取２１号节点的位移。

工业建筑２００７增刊

第七届全国现代结构Ｔ程学术研讨会

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图２全跨均载下荷载与水平位移关系图

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图１全跨均载下荷载与挠度关系图

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图３极限荷载与撑杆数目关系图

图４用钢量与极限荷载关系图

计算结果的分析：

在平面稳定全跨均布荷载作用下，三种模型的位移曲线接近重合，这说明此工况下，三种模型的刚度接近，极限荷载分别为１５３ｋＮ、６３ｋＮ和３７８ｋＮ；在平面稳定全跨均布荷载作用下，模型３一卜３位移最小，模型３一卜１次之．也就是在此工况下．开始显露撑轩有助于提高承受不均匀荷载的能力。还显示，模型３一卜３的水平位移从正向逐渐转为反向，这可能冈结构变形较大之故；在空间稳定＿牟＝跨均布荷载作用下，挠度相近，水平位移则遵循撑杆多则位移小的原则，但位移芹距倒丕大；在空间稳定半跨均布荷载作用下，也遵循撑杆多则位移小的原则，位移差距也不大；随撑杆数目的增大，各种工况下的极限荷载也都增大，但随撑杆数日超过三个以后，极限荷载增大幅度变小．平由稳定问题的极限倚载相比空间稳定问题极限荷载显著大。

（二）

垂跨比的影响

从定性角度看，结构的其它条件不变的前提下，增大垂度（即增大垂跨比）会增强撑杆的支撑能力。为定量的研究垂跨比对稳定性的影响程度，本节设计了五个不同垂跨比的情况（见表１），作为５个模型。

详见参考文献１

图５、图６，分别为平面内稳定问题全跨荷载下，荷载与挠度、荷载与水平位移的关系罔。

表１

变形及用钢量情况表

垂‘跨

比

对比项目

Ｏ

０．０３１２５