大跨度张弦梁结构施工顺序研究.pdf

中国建筑2013年技术交流会论文集   大跨度张弦梁结构施工顺序研究 吴 曦 于吉圣 张兆平 方星星 张玉磊 常永强 （中建钢构有限公司，上海，200120） 摘要:柔性结构来说，不同的张拉过程和顺序对成型时结构几何形状和刚度均不同，寻求合理的施加顺序是 施工的关键技术。 采用数值模拟方法并结合南京某博览中心工程对大跨度张弦梁结构施工顺序进行了研究。 以三种典型的施工顺序为例，对施工过程中各梁索力和位移的相互影响进行分析，给出了它们的影响曲线。 最后根据不同施工顺序的结构成型状态，提出实际工程中施工方法的选取建议。 关键词: 张弦梁 施工顺序 有限元 钢结构 1 引言 大跨度张弦粱结构近年来得到了快速发展和广泛应用， 由上弦梁、撑杆以及下弦索组成， 通过对索的张拉，使三者形成具有整体刚度的预应力钢结构体系。预应力张拉过程中会发生 较大的位移且具有明显的几何非线性特征，这对结构最终成型的整体状态有着重要的影响 。 不同的张拉过程和顺序 对 成型时结构的几何形状和刚度均不同 ,且张拉过程中后张拉的索会 对先张拉的索力产生影响。因此 ,寻求合理的施加顺序是施工的关键技术 [1]。结合南京某博览 中心工程的屋面钢结构，从宏观的角度对张弦梁的施工顺序进行优化研究，以期对类似的工 程提供参考。 2 工程概况 南京某博览中心工程由三个展厅组成，展厅长 193m，跨度 74m，其中两个展厅钢屋盖 采用预应力直梁型张弦梁结构体系。张弦梁结构体系由斜置上弦直梁、下弦索和撑杆构成， 撑杆为圆管，与上弦梁和下弦索单向铰接。张弦梁采用可双向或单向滑动的橡胶支座与混凝 土柱进行连接。单榀张弦梁结构形式见图 1。 上弦梁 下弦索 撑杆 图 1 单榀张弦梁 3 施工方法及相关参数 由于工程结构在建造过程中整个结构的几何形态、 刚度及其荷载和边界条件按照一定顺 序先后形成 ,与结构状态相关的各物理量在不断变化 , 所以不同的 施工顺序，对结构最终成型 状态的影响是不一样的。对以下三种施工顺序，即渐进式、扩展式及合拢式，对结构成型的 影响进行研究，见图 2。 zxl1 zxl2 zxl3 zxl4 zxl5 zxl6 zxl7 zxl8 zxl9 zxl1 zxl2 zxl3 zxl4 zxl5 zxl6 zxl7 zxl8 zxl9 zxl1 zxl2 zxl3 zxl4 zxl5 zxl6 zxl7 zxl8 zxl9 渐进式 展开式 合拢式 图 2 整体结构施工顺序 9 中国建筑2013年技术交流会论文集   将模型简化，选取其中的9榀张弦梁进行研究， 每榀张弦梁间的水平联系刚度保持一致， 并施加相同的张拉力，以期客观地观察不同的施工顺序对结构产生的影响。相关参数如表 1 所示。 表1 张弦梁设计参数表 构件名称 材料 截面 相关参数 上弦梁 Q345 双H型钢 跨度 74m，间 距 9m ，共 9榀 撑杆 Q345 P325×14 间距4.5m 下弦索 抗拉强度 1670MPa Φ 7×301 半平行钢丝束 水平联系杆 Q345 H 型钢 间距 18m 4 张弦梁施工方案比选 针对前述的问题，按设计的施工方法，采用有限元软件 ANSYS对不同的施工顺序进行 了数值模拟分析 [2-4] 。根据后张弦梁张拉对已张拉结构的影响程度，对结构整体的施工顺序 进行优化研究。 4.1 计算模型 上弦梁采用 Beam188单元，拉索采用仅受拉的 Link10单元，撑杆采用 Link8单元 [5-6] 。考 虑结构具有双重非线性（几何非线性和材料非线性），考虑几何大变形和应力刚化效应。采 用比较准确的等效降温法施加预应力 [7]。双向滑动铰支座采用释放梁单元节点约束的方法来 模拟。 表2 模型计算参数表 钢材弹性模量(MPa) 拉索弹性模量 (MPa)泊松比 温度膨胀 系数 钢材（拉索） 密度（ kg/m 3） 2.06×10 5 1.95×10 5 0.3 1.2×10 -5 7.