单榀张弦梁结构的稳定性能分析
时间:2025-04-05
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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3 I-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
O.0625
o.08
0.1
模型号模型3一z—l
模型3-2—2
模型3—2_3
模型3_2_4
模型3-2-5
弦(kg)53.553.653.9
54.154.4撑杆(kg)76.490.6l“.7
112.6121.6
拱(kg)1836.31836.31836.31836.3
1836.3
总计<kg)
1966,2
1980.4
1994.8
2∞3.O
2012.4
工业建筑2007增刊
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图5荷载与挠度的关系图
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图6荷载与水平位移的关系图
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图7极限荷载与垂跨比的关系图计算结果的分析:
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