索拱桁架结构性能研究（论文）.pdf

· 5· 近年来，随着建筑形式的多样化，大跨度、弧形等建筑 形式越来越多，索结构和拱结构由于其良好的受力性能和纤 细的外形受到建筑师的青睐，文献[ 3]介绍了空腹拱桁架优秀 的结构特性，文献[ 1 , 2 , 4 ] 介绍了索及索和其他构件组合结构 的受力性能，本文主要介绍索和拱组合的结构形式，并通过 有限元分析得出索拱桁架结构的受力特性及其主要构造因素 对受力性能的影响。 1 拱结构和索结构的受力特性 拱结构由于其弯矩比相应的简支梁小，作为一种理想的受 力结构广泛应用于桥梁等大型结构中。合理的拱几乎不产生 弯矩，只承受压力，因此其材料利用效率高，用料少，自重轻， 跨度大。在实际应用中，受场地及建筑造型的限制，大部分 拱结构不会是理想拱曲线，截面中会存在弯矩和剪力。通常 把拱和其他构件组合来满足实际需求。 索一般利用柔性钢索，具有较强的抗拉性能，在施加预 应力情况下可产生刚度 ；索可单独使用，如索网、单索，也 可和其他刚性构件一起形成组合结构，常见的有张拉索桁架、 索穹顶、拉索桥等。同时又由于索结构纤细轻盈，材料利用 率高，使其在大型建筑中广泛应用。 本文主要研究拱和索在不同的结合形式、不同的矢跨比 下的结构性能。 2 索拱桁架的受力特性 索拱桁架是以受拉为主的索和以受压受弯为主的拱每隔 一段加上撑杆组成的结构形式，不同力学性能的构件得到合 理利用，以较少的材料、较小的空间，打造出轻盈美观、受 力性能良好的结构。 索拱组合结构通常有以下几种 ：拱和水平索，拱高 2 m （图1）；拱和一定角度的弧形索，拱高 1 m（图2）；拱和平行索， 拱高0 .5 m（图 3）。拱可以是混凝土、钢管、桁架结构等。本 文主要研究钢管拱的索拱桁架结构。 2.1 ? ???r? Li??? O ?? 以跨度 6 m，跨高 2 m的索拱为例，分别做成以上 3种不 图1 水平索 图2 弧形索 图3 平行索 同形式的结构，上部拱为直径200 mm，厚12 mm圆钢管，索为 直径32 mm碳钢索，中间撑杆采用直径100 mm圆钢管。在拱上 分别作用线性均布正向和负向荷载60 kN/m，两端固定方式如 图1~图 3所示，索预应力为50 kN。采用有限元计算软件 Strand 7进行分析，拱采用 beam单元，撑杆采用 t russ单元，由 于在这类结构中索始终处于拉力状态，其受到撑杆的限制变 形不会很大，所以索采用truss单元和小变形原理进行计算，计 算所得的结构内力最大值见表1。 表1 采用truss单元和小变形原理计算结果 编号 构件 弯矩/（kN·m ） 轴力/kN 剪力/kN 支座反力 /kN 正向 负向 正向 负向 正向 负向 正向 负向 图1索拱结构 拱 5.7 5.8 200 200 29 31 225 –186 索 0 0 50 50 0 0 撑杆 0 0 7 5 7 5 图2索拱结构 拱 6.5 5.6 170 22 33 31 217 –194 索 0 0 62 34 0 0 撑杆 0 0 9.7 5.7 6.8 6 图3索拱结构 拱 6.0 6.0 133 –220 31 30 拱 134索 67 拱–219索 19 索 0 0 67 20 0 0 撑杆 0 0 19 7.6 6 6.2 ［摘 要］ ir? Lrc ? O? ?}??r/??? ，??s< L?i? Lir天N?r ， ?? ?M(? Strand7si L??)?A O 、N O?7众??堵仔从i L??r? ? ，?s? L?i? ????? 、??? 仙?国s? O? ???， ?堵 Lir? O? ?0r?????， 了?ZY ,W?& t ?修5r，仍?六?。 ［关键词］ Li??；??? ；? O坛? ；7众? ［中图分类号］ TU 318bbbbb ［文献标志码］ Abbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2020）17–0005–03 Research on Structural Performance of Cable Arch Truss Hu Kai-feng ［Abstract ］Arch structure and cable structure are widely used in space structu