基于仿真的类张拉整体网壳的受力分析研究.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 基于仿真的类张拉整体网壳的受力分析 远方 肖禹 (天津大学建筑工程学院，天津300072) 摘要： 本文提出了一种新型的预制类张拉整体结构，并通过仿真的方法对结构进行均布荷载作用下的受力分析，得出 了一些指导性的结论。 关键词： 仿真，类张拉整体结构，拉索合理预应力值 一．引言 随着计算机的迅速发展，我们可以用计算机进行一些基于仿真技术的可靠度评价。和当前的设计方式 相比，用这种模拟技术可以节省更多的时间和精力，更易于理解，并且带来一些材料和成本上的节省。这 里，我们引用了一种崭新的基于计算机仿真思想的结构体系可靠度的分析方法～一扩展荷载减量法 (Reduced Load ExpandingMethod)：运用这种方法编制了基于几何非线性有限单元法的结构体系可靠性 的仿真分析程序， 并利用该程序对网壳结构作了可靠性分析。 二．网壳的选型 一般来说，中小跨度(一般小于40M)可采用单层网壳，跨度大时采用双层网壳。单层网壳杆件少， 重量轻，施工方便，具有更好的经济指标；但曲面外刚度差，稳定性差。有关研究表明，双曲抛物面壳的 稳定性比较好。因为壳面下凹的方向如同受拉的索网，而上凸的方向又如同薄拱，这样，如果一个方向产 生压曲时，另一个方向的拉应力会增大，因而提高了壳体的稳定性，避免发生压曲现象。在构造跨度为32M 的单层网壳时，考虑到单层网壳的稳定性差，选取双曲抛物面壳以增强稳定性。同时又考虑到双曲抛物面 壳的刚度比较小，我们通过对结构的拉索施加预应力来增大结构刚度。 有关研究表明，在均布竖向荷载作用下，合理轴线是一条抛物线，其方程为： 】，=!等x(上一舯 F：拱的矢高 L：拱的跨度 根据合理拱轴线方程，我们可以确定网壳沿跨度方向上凸的拱。 另外，在网壳的设计中，如果想要得到 更好的经济效益，应使网壳的长宽比接近1。 参考这一准则选择网壳宽度为24M。沿宽度 方向，构造一个半径为25．5M，弦长为24M， 高为3M的圆弧。通过初步的仿真分析，发 现网壳四个端点处单元的斜拉索的内力远 远大于其它位置斜拉索的内力。故把网壳四 个端点处单元的斜拉索换成钢管，得到最终 的网壳如图： 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 三．网壳的各项参数 在确定出网壳的外型后，分别构造4个不同矢高(用F表示)，其他条件完全相同的网壳。其各项参数 别为： 杆件容许长细比：【^】=150，故满足要求。 各网壳每个单元上的荷载分布见下表： 矢高(M) F1=3．6 F2=4．2 F3=6．4 F4=8 荷载类型 恒载 静载 恒载 静载 恒载 静载 恒载 静载 荷载设计值(KN) O．26 3．1 O．28 3．35 0．285 3．5 O．3 3．8 考虑到网壳四个端点处单元的斜拉索由钢管代替，对不同矢高的网壳，其端点处单元的恒载分布如下： 矢高(M) F1=3．6 F2=4．2 F3=6．4 F4=8 节点荷载设计值(KN) O．61 0．62 0．63 0．632 在网壳沿横向各节点处加X，Y，Z方向的约束。所有钢管均选取热轧无缝钢管，直径D=45mm，厚度 t=3．5 mm。 mm；所有拉索均选取消除应力钢丝(光面螺旋肋)，直径d=4 四．拉索合理预应力值的确定 在仿真分析程序中输入材料属性，节点荷载，引入支承条件，我们可以通过计算机模拟网壳在荷载作 用下的变形，并可计算出各杆件的内力值。合理的拉索预应力值应该是使所有拉索均受拉的值。我们把索 分为3类：每个单元的斜索，上弦索