钢拱结构中拉杆张拉过程模拟及杆件内力测定实用方法研究

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钢拱混合结构是一种造型美观、受力合理、经济实用的新型混合结构体系。为保证建筑结构及其构件经过建造过程的逐步加载所形成的最终状态符合设计状态,开发应用以结构仿真技术为核心的虚拟建造技术,对施工过程进行模拟,从而制定安全可行的施工方案日趋必要。 对于采用预应力拉杆的大跨度预应力钢结构,拉杆的张拉影响着整体的受力和变形。因此,在预应力拉杆施工之前必须对其施工工艺进行研究,总结出合理、有用的施工规律以指导具体施工活动。本文结合实际工程对钢拱混合结构施工过程进行计算机模拟。同时,对拉杆的测定方法及内力实用计算公式进行了研究与探讨。 论文的主要研究内容及解决的关键技术问题有:第一,确定预应力拉杆的张拉顺序和张拉控制力。由于通过预应力拉杆的张拉可以提供结构的预加应力,所以不同的张拉顺序将在很大程度上影响结构的内力和变形。钢拱混合结构所采用的拉杆属于具有联动的群杆系统,对拉杆的杆力进行精确控制相当困难,因此张拉顺序的选择更加复杂。为此,必须对拉杆的张拉过程进行模拟验算,以选择合理和安全的张拉顺序。鉴于本工程预应力拉杆施工过程复杂、难度大,必须建立相应的模型进行分析,本文运用有限元软件,模拟不同位置杆件的张拉对其余杆件以及屋盖其它构件的受力和变形的影响,通过总结规律,建立其局部模型,运用张力补偿法确定各根拉杆的张拉控制力,给出了预应力拉杆的张拉顺序及张拉方案。 第二,预应力拉杆内力的检测和实用计算公式的确定。混合结构的形状、刚度和预应力分布、预应力值密切相关。施工过程中对预应力张拉值的控制必须适度。通常,预应力过小结构不能获得必要的刚度和稳定性,预应力过大又会导致部分杆件提前失效,过大的超张拉会加速拉杆的徐变而造成预应力损失。为此,必须具备在拉杆张拉阶段对拉杆预应力进行控制、调整、检测的手段,以保证每根拉杆预应力值的均匀性和准确性。本文借鉴桥梁施工中使用的检测拉索索力的振弦法,对预应力不锈钢拉杆的内力检测进行了探讨,提出了由基频计算拉杆内力的实用公式,并给出相应的适用范围和条件。
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