大跨度张弦梁的设计与应用开题报告.doc

XX大学
硕士学位论文开题报告
大跨度张弦梁的设计与应用
姓名:余雪玲
学号:
入学日期:
研究方向:
所在学院:建筑工程学院
指导教师:
职称:
日期:2013年8月9日
一、研究意义、研究依据和研究目的

伴随着建筑设计与施工技术的发展与提高,以及社会活动和生产需要而对建造大跨度建筑的需求也与日俱增。尤其是在我国目前经济飞速发展、全民健身运动蓬勃开展的形势下,各地都在建设大量大跨度的会展中心、体育场馆。大跨度张弦梁结构由于具有三维受力并呈空间工作的特性,其结构效能较平面结构大为提高,可以用较少的材料跨越较大的跨度空间。大跨度张弦梁结构是目前公共建筑中应用最为广泛的结构类型。虽然自七十年代以来,大跨度张弦梁结构在我国有了长足的发展,但从目前国内己建体育场馆及大跨度建筑上看存在很大差距。值得关注的是,进入新世纪,北京2008年奥运场馆建设,2010年上海世博会及2012年广州亚运会的申办成功,都为我国大跨度张弦梁结构的快速发展提供了前所未有的机遇。
大跨度张弦梁结构顾名思义,是由弦、撑杆和抗弯受压构件组合而成的新型结构体系。介绍了张弦梁结构体系的结构形式、受力性能等特点,并结合工程实例对张弦梁结构设计进行分析。随着对张弦梁结构的深入理解及对其受力特点的探究,又出现其它形式。但各种形式张弦梁结构在组成上具有共同点,那就是均通过撑杆连接抗弯受压构件(如梁、拱、空间析架等)和抗拉构件(如弦)。所以张弦梁结构可定义为:用撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件,通过在抗拉构件上施加预应力,减轻压弯构件负担的自平衡体系。随着研究工作的不断开展,人们对张弦梁结构受力机理的认识逐步深入,日趋清晰。但美中不足的是,对一该类结构的弹塑性静力性能、动力性能等方面的研究还不够全面,正因为如此这些领域成为近年来工程科技人员的研究热点,也正是本文的研究重点。

本文从工程应用的角度出发,将预应力拱架结构受力过程中涉及的状态定义如下:零状态,即体系在无自重、无预应力作用时的放样状态;初始态,即体系在自重和预应力作用下的自平衡状态;荷载态,即体系在初始态的基础上,承受其他外荷载时的受力状态。结构的零状态所对应的几何参数应当是供工厂加工构件时所需的,如果屋架在地面上放样拼装,或者施工组装时屋架临时支承在脚手架上,那么就可以不考虑自重作用,也就是结构的放样几何。初始态所对应的几何参数就是图纸的设计几何外形,在初始态时下弦索己经张拉完毕,使结构形成整体共同工作,要达到设计要求的造型,显然应该考虑到自重的作用。本文所要求解的问题可归纳为初始态预应力分布的确定和零状态放样几何的确定。由于预应力拱架结构在成形过程中产生大变形,因此对它的理论分析需综合考虑结构的几何非线性和材料非线性。本文利用通用有限元分析软件ANSYS中的APDL语一言,编制了结构找形分析模块,采用牛顿一拉普森方法进行迭代运算,求出零状态的几何参数和初始态预应力分布,并在此基础上实现了连续进行承受外荷载作用下的结构分析。
大跨度张弦梁结构是近年来兴起的一种新型大跨度张弦梁结构。它是通过几根受压杆将压弯构件(梁、拱、桁架等)和受拉构件(钢索)连接到一起,同时对索施加一定的预应力,预先使结构产生一定的反拱,待屋面荷载产生后,使结构基本回复到初始形状的一种体外预应力大跨度张弦梁结构。从九十年代初以来,我国也逐渐开始对这种大跨度张弦梁结构进行研究,产生了大量研究成果和诸如上海浦东国际机场候机楼、广州国际会展中心等优秀作品。
研究目的
大跨度张弦梁结构当然也存在不可避免的缺点。首先,单向布置的张弦梁在平面内稳定,但在平面外无法保证稳定,所以要加平面外支撑构件,而这些构件往往都采用高强钢索施加拉结,需要将工作面提高到安装高度,使预应力张拉的难度提高,对质量的保证产生了影响;其次,张弦结构所形成的建筑造型及边界条件较为规则,大多为单曲面、多边形、圆形及椭圆等可以用数学公式表达的曲面,对某些现代建筑来说并不适用,但较之网架及桁架已经有了很大的提高。为了更深入的了解张弦梁结构并在今后更好地进行设计工作。本文根据现有文献对某体育馆屋面系统各建筑条件的分析及概念设计,筛选出合适的屋面结构形式——张弦梁,并根据以往工程经验及理论研究确定各计算因数将其简化成合理的计算模型, 然后使用 Algor SAP 应用程序对简化模型进行静力、风荷、水平及竖向地震作用的计算分析。找出在线性及几何非线性条件下计算结果的差异和适用条件,选用合理的结果以便确定杆件尺寸,预加应力大小等设计数据。同时对张弦梁的稳定问题加以讨论及分析。以期得到合理的设计成果,并对以后此类问题的设计提出建议。这些方面应该是该结构尚存的一些不足,需要进一步研究、发展,以使其可以