拉索预应力网壳结构的优化设计

拉索结构的稳定性分析与设计引言：拉索结构是一种基于张力原理的特殊结构，通过利用绳索或钢缆的张拉来支撑和稳定建筑物。

随着现代建筑设计的发展，越来越多的项目采用拉索结构，因其独特的美学价值和结构优势而备受关注。

本文将详细讨论拉索结构的稳定性分析与设计的重要性以及其中涉及的关键因素。

1. 拉索结构的基本原理拉索结构依靠绳索或钢缆的张力来抵消荷载并保持结构稳定。

其基本原理可以归纳为以下几点：1.1 张力平衡原理：拉索结构中的绳索或钢缆在受力作用下产生张力，通过合理控制张力的分布，可以平衡外部荷载，并确保结构的稳定性。

1.2 黏滞效应原理：拉索结构中的绳索或钢缆具有一定的可伸缩性，能够在荷载变化时发生位移，从而减小结构受力。

1.3 几何稳定原理：拉索结构的几何形态通常为非线性曲线或曲面，其自身形态也能够提供一定的稳定性。

2. 拉索结构的设计要点2.1 荷载分析：在拉索结构的设计中，准确评估所涉及的各种荷载是至关重要的。

包括静荷载、动荷载、温度荷载和地震荷载等。

对不同荷载的性质和作用进行综合分析，确保设计的可靠性和稳定性。

2.2 张力分析：拉索结构的稳定性取决于绳索或钢缆的张力分布，应根据荷载情况进行合理的张力分析。

通过数学模型和计算方法来确定拉力的分布，以保证结构的稳定性。

2.3 材料选择：拉索结构中使用的绳索或钢缆材料要具备足够的强度和耐久性。

不同项目和设计要求可能需要不同类型的材料，如高强度钢缆、碳纤维绳索等。

材料选择应综合考虑结构性能、成本效益和环境要求等因素。

2.4 端部支承：拉索结构的稳定性也与其端部的支承方式密切相关。

常见的支承形式包括固定支承、钢球支承和摆度支承等。

正确选择和设计支承方式，能够增加结构的稳定性和可靠性。

2.5 防腐蚀和维护：拉索结构常处于户外环境中，容易受到氧化、腐蚀和外力破坏的影响。

因此，适当的防腐蚀措施和维护计划是确保结构长期稳定运行的重要因素。

3. 拉索结构的稳定性分析方法3.1 数值模拟：拉索结构稳定性分析常借助有限元分析等数值模拟方法。

厨壳鳍掬非线性殿随机缺路分析结构形式，目前常用的有些拉桁架、框架、斜拉网架、斜拉网壳等。

从外形来分，可分搀两檠缩构和瞄壳结梅。

当阏格结构为平板澎状露帮为网蘩结构（圈ｌ。

１），黼格结构为曲蕊形状并具有壳体的结构特性时即为网壳结构（图１．２）。

圈ｌ。

ｌ阏繁结稳謦１．２弼壳络耩曲面上的两个燕曲率之积称为曲面该点的高斯曲率，用七袭示：嘲肾去素（１．１）ｌｈ』ｋ式中：ｈ、量：一一在曲面ｐ点所有法曲率中，有两个取极值的曲率（最大与最小曲率）称为ｐ点豹燕蘧搴，菝蠢释素：表示；Ｒ，、凡一一对腹主曲率的两个曲率半径。

瓣壳结｛鸯一般狻嵩囊鼗率分海妇下三类：１．正高斯曲率网壳结构，此类网壳缩构两个燕曲率同号，薤羁嶷，双｜ｌ垂赢嚣毙、薅黧撵耱瑟瓣轰等。

２．负高斯曲率网壳结构，指曲面上两个主曲率符号相反，隧麦、双藏抛鐾嚣瓣壳结构等；即七，·七：》Ｏ，如球即七，·七２《Ｏ，如扭３．零高斯曲率网壳结构，曲面上一个方向的擞曲率为零，如丸＝Ｏ，其主曲率半经建＝ｍ，嚣另～个方囊豹主魏率妻≠Ｏ，跫＝定篷，她避蘧嚣已是罄塑网受，如柱睡网壳和圆锥网壳结构等。

攘据网嶷夔屡数不同，又分必单层弱壳、双攫翅壳：三层掰壳班及不嚣屡数的网壳组合形成的组合网壳。

ｌ。

ｌ。

２空阔潮壳续构形式的发装过援网壳结构的发展曾经历了一个漫长的历史演燮过程，早期的网壳结构形式～般为穹顶。

出于材料的限制，这壁穹顶多是翊砖或石头翻作丽成。

我国古代寺庙中的无梁殿，古罗码大量的宗教建筑多采用石料或砖建造圆形域圆柱形穹项，这些穹顶的跨发都不大，一般在３０ｍ～４０ｍ，厚度与跨度之院在ｌ服Ｏ左右或更大，舀硕士学位论文重也很大。

钢筋混凝土结构出现后，薄壳结构受到了人们极大的重视。

由于薄壳结构主要承受压力，更合理地利用了混凝土材料的力学性能，又能将承重结构与维护结构的两种功能融合为一体，厚度小，自重轻，能覆盖大跨度空间，并且与传统的平面结构相比，其造型较灵活，传力路线直接、明确，受力性能良好，因而得到了广泛的应用。

体外预应力拉索结构
体外预应力拉索结构是一种建筑结构形式，其主要特点是通过设置在结构外部的预应力拉索来对结构施加预应力，以提高结构的承载能力和抗变形能力。

体外预应力拉索结构通常用于大跨度结构，如桥梁、体育场馆、展览馆等。

体外预应力拉索结构的优点包括：
- 提高结构的承载能力和抗变形能力；
- 减小结构的挠度和裂缝宽度；
- 提高结构的耐久性和稳定性；
- 减小结构的自重和用钢量；
- 改善结构的使用性能和外观效果。

体外预应力拉索结构的缺点包括：
- 拉索容易受到外界因素的影响，如风雨、温度变化等，需要采取相应的保护措施；
- 拉索的锚固和张拉技术较为复杂，需要专业的技术人员进行操作；- 拉索的使用寿命相对较短，需要定期进行检查和维护；
- 拉索的防腐和防锈处理较为困难，需要采用特殊的材料和工艺。

体外预应力拉索结构是一种具有较高承载能力和抗变形能力的建
筑结构形式，适用于大跨度结构的建设。

但是，其缺点也需要在设计和施工中予以考虑，并采取相应的措施加以解决。

斜拉桥施工索力张拉控制及优化研究背景：随着经济和技术的发展，以及斜拉桥合理的结构形式，我国修建了大量的斜拉桥。

因此该类桥梁的施工控制就显得尤为重要。

国内外学者及工程技术人员对斜拉桥的施工控制进行了许多研究，提出了卡尔曼滤波法、最小二乘误差控制法、自适应控制法、无应力状态控制法等许多实用控制方法。

这些方法的实质都是基于对施工反馈数据的误差分析，通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。

施工控制的方法必须与各类斜拉桥设计、施工的特点相结合才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。

目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对常规的混凝土斜拉桥进行的，其相应的控制方法也是针对常规混凝土斜拉桥的施工特点提出来的，本文着重阐述对于常规混凝土斜拉桥的施工控制过程中的索力张拉控制及优化方法。

斜拉索施工过程：斜拉索安装完毕，即进行张拉工作。

张拉前对千斤顶、油泵、油表进行编号、配套，张拉设备定期进行标定。

斜拉索正常状态按设计指令分2次张拉，第1次张拉按油表读数控制，张拉时4根索严格分级同步对称进行；第2次张拉是在监控利用频率法测完索力后，以斜拉索锚头拔出量进行精确控制。

施工监控包括对索力、应力、应变、线形、温度、主塔偏位的监控。

施工监控在凌晨气温相对稳定时进行，保证在凌晨5点前完成。

索力测试采用应变仪捕捉索自振频率，当测出索力误差超过2时，应对索力进行调整，直到满足要求。

索力调整完毕立即对应力、应变、线形、温度、主塔偏位进行测量。

可分阶段地进行张拉、调索。

在牵索挂篮悬浇时，在控制好挂篮底模标高后，在节段砼灌注过程中，当砼灌注至1/4、2/4、3/4，及砼灌注完后，均需进行调整索力及挂篮底模标高。

当主塔施工至与边跨合拢前、中跨合拢前和合拢后、二期恒载安装后均需按设计要求对全桥斜拉索进行统一检测调整，使全桥线型满足设计要求。

并在对每节段主梁悬浇进行监控时，对主梁最前端的5～6对拉索的索力进行测定，观察其变化幅度是否在设计范围内。

网架（网壳）结构支承方式及支座设计的探讨合肥水泥研究设计院钢构公司张长根内容摘要：在网架(网壳)结构设计中，下部支承结构、支座型式及边界条件的选定，对网架（网壳）结构的稳定性、杆件内力、支座反力、节点位移、用钢量等至关重要。

在实际设计中通过把网架和下部结构连成一体整体分析计算，选择合理的下部支承结构及支座型式，以期使网架(网壳)结构设计更安全、经济、合理。

关键词：支承结构、支座型式、支座节点、边界条件、弹簧刚度0引言在各类空间结构中，刚性体系中的网架( 网壳)结构作为一种高次超静定空间杆系结构，由于其受力性能好(理论上杆件只受轴力作用)、刚度大、整体性及抗震性能好、承载力强、受支座不均匀沉降影响小、适应性强，而计算理论的日益完善以及计算机技术飞速发展，使得对任何极其复杂的三维结构的分析与设计成为可能，因此网架(网壳)结构被广泛应用于工业与民用建筑领域中。

但网架(网壳)结构如果其支承结构、支座型式及边界条件设计不合理会对网架（网壳）结构的安全性和经济性造成重要影响。

1. 支承结构与支承方式目前在很多工程中，网架（网壳）一般由专业的钢构公司根据事先假定的边界约束条件进行设计，再将他们算出来的支座反力作为外加荷载作用到下部支承结构中。

把网架（网壳）和下部支承结构分开计算，网架支座相对于下部结构的位移虽然可以通过弹性约束方法模拟，但是由下部支承结构变形带来的支座沉陷等支座本身的变位很难估算准确，算出来的结构内力在某些情况下会与实际情况差别较大，可能会给工程留下安全隐患。

下部结构可能是柱，也可能是梁，也可能是其他结构形式，不仅刚度是有限的，而且具体工程刚度差异可能很大，在这种假定条件下，算出来的杆件内力、支座反力及下部结构内力与采用网架支座刚度为实际刚度且上、下部结构共同工作的力学模型所计算出来的结果肯定是不相同的。

另外，分开计算还割裂了上下部结构的协同工作，使得上、下部结构的周期和位移计算均不准确。

通常网架的支承可以分为周边支承、点支承以及点支承与周边支承混合使用三种方式，周边支承是将网架周边节点搁置在梁或柱上，点支承则是将网架支座以较大的间距搁置于独立梁或柱上，柱子与其他结构无联系。

屋盖预应力索节点深化设计导言大跨度张弦拱壳结构是一种新型的大跨度自平衡空间结构体系，该结构利用高强索的强抗拉性能，有效地改善了整体结构的受力性能，具有变形小、稳定性强、承载能力高、结构稳定性强等优点。

某宴会厅及屋顶花园屋面结构采用的张弦拱壳结构由屋面钢结构、拉索、拉杆组成，沿跨度方向长72m，共41榀（图1）。

每榀张弦拱壳均设有1根拉索，通过锚固节点与钢结构相连，并在跨中利用2根拉杆将拉索分为3段，在该处拉索和拉杆通过索夹节点相连（图2）。

图1 屋面结构三维示意图2 单榀张弦拱壳结构1-锚固节点；2-钢拱壳；3-拉杆；4-拉索；5-索夹节点索节点结构设计作为张弦拱壳的主要构成部分，拉索与钢拱壳结构的连接方式是发挥其功能的关键，因此索节点的深化设计是张弦拱壳结构设计的重要组成部分。

对张弦拱壳结构施工而言，其深化设计也是极其重要的环节。

在索节点设计过程中，需考虑拉索与节点的连接强度、节点构造要求、节点功能要求和节点的力学性能。

索结构节点构造应符合计算假定，应做到传力路线明确、确保安全并便于制作和安装。

本工程涉及的索节点主要包括锚固节点和索夹节点。

1.锚固节点结构设计锚固节点是拉索与钢拱壳直接相连的部位，拉索通过锚固节点对钢拱壳施加预应力，以减轻钢拱壳的载荷负担，形成一种自平衡体系，锚固节点的深化设计是整个张弦拱壳结构深化设计的重要组成部分。

锚固节点设计过程中，应考虑拉索与节点的连接形式并满足简洁美观的要求，节点与屋面钢拱壳焊接成为一体，下部与滑动支座相连。

锚固节点在与拉索连接处采用单耳板形式，拉索则通过销轴与钢拱壳形成一个整体结构，如图3（a）所示。

拉索的端头部位选用双叉耳可调节式索头，如图3（b）所示。

（a）（b）图3 锚固节点和拉索示意（a）锚固节点；（b）双叉耳可调节拉索完成锚固节点初步构思设计后，需考虑施工的可行性，由于锚固节点是承载拉索拉力的主要构件，施工过程中需以其做反力点，使用张拉工装对拉索施加预应力，目前常用的张拉工装有抱箍式工装和叉耳式工装如图4所示。

体育场看台预应力斜拉钢网壳拉索张拉分析发布时间：2021-02-04T02:22:38.925Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年24期作者：于乃领张少鹏董树森[导读] 还有张拉时候的结构反应，以此全面优化施工的具体方案，掌握索力变化和结构存在的规律性，为拉索施工，张拉的实际监测提供可行性的参考。

中建八局第二建设有限公司山东省济南市 25000摘要：体育场看台预应力斜拉钢网壳拉索张拉的施工工作非常重要。

本文将详细介绍体育场看台顶篷桅杆斜拉钢网壳的拉索张拉情况，在了解前去调整索长的基础上，清晰后索张拉成形的具体施工情况，详细分析出预应力初始化的状态，预应力支架的全面支撑，还有张拉时候的结构反应，以此全面优化施工的具体方案，掌握索力变化和结构存在的规律性，为拉索施工，张拉的实际监测提供可行性的参考。

关键词：体育场；桅杆；网壳；预应力负结构；拉索；张拉通常在比赛场馆内，看台顶篷主要采用的是预应力斜拉钢网壳结构。

该结构的网壳共有东、西2片组成，而且属于对称又相互脱离的一种情况。

单片网壳是属于平面月牙的形状，其主要为双层的钢管，并且沿着南北方向呈现出对称的状态。

再看后缘的支撑，主要是由22根V形斜钢立柱作为支撑，前缘共由8根斜拉索悬吊着，也就是南北各4根组成。

接着在斜拉索另一端直接连接到倾斜的桅杆顶部，并在桅杆网壳外侧设置2根平衡索。

拉索的使用有具体的标准，要根据实际的情况，选择适合的加以应用。

体育场馆看台的施工，拉索就要采用1670级5和7镀锌钢丝半平行扭绞型拉索，将其固定在端索头的位置，并调节长度在最为适合的范围。

除此之外，在顶篷的具体结构当中，必须要重视拉索本身，这也是主要的一个部分，否则拉索出现的不合理预张力会致使结构出现不稳定的情况。

所以，在拉索张拉以前必须要做好相应的工作，详细对张拉做出有效性的分析，从而充分掌握结构的基本特征，并在张拉的方案上下功夫，不断加以优化，以确保张拉时整体结构的安全与稳定，为体育场看台施工以及全面监测提供可行性的帮助。

索结构预应力控制的研究及其应用分析的论文索结构预应力控制的研究及其应用分析的论文网壳式的结构是常见的预应力控制结构，就是采用网壳式的结构，这种结构的受力相对来说比较稳定和均匀，这种结构的大部分结构的受力点就是杆结构，还有一种网壳结构式单层的网壳结构，这种结构有着自己的独特优点，那就是结构简单，透光率好，外观大方符合时代审美观，因而非常适宜做为玻璃采光顶的屋面结构。

1 设计思路网壳机构有很多中，比如常见的柱面形式的网壳，抛物面网壳，球面网壳等等，由于他们的主受力结构就是整个结构中的杆结构，在受力方面很难的控制，稳定失衡的现象很常见。

对结构应力的控制也是主要控制的这方面的受力。

不过有些鞍形的网壳结构受力主要就是杆杆结构的受压和受拉，相比较来说这种结构有很好的整体稳定性，网格的结构也比较简单，适用于那些更大的跨度空间结构建设。

鞍形网壳和预应力鞍形索网相类似，都具有良好的形状稳定性和刚度，但是都需要较大截面的边缘构件以保证强度和刚度要求，因此边缘构件的合理设计成为是否采用这种体系的关键。

2 预应力鞍形索网结构分析预应力鞍形索网钢架结构主要的组成结构是钢索结构，这种结构有着特殊曲面，两组钢索在各交点上连接。

预应力鞍形索网曲面形式复杂多样，千姿百态，结构简洁明快，挡光率低，非常适宜做为玻璃采光顶的屋面结构。

预应力鞍形索网具有良好的形状稳定性和刚度，但是需要较大截面的边缘构件以保证强度和刚度要求，因此边缘构件的合理设计成为是否采用这种体系的关键。

3 张弦杂交结构及其他边界效应分析张弦杂交结构及其他边界效应分析，这种复合的结构，主要是通过横向腹杆结构和上下弦索结构组成的结构。

通过特殊的预应力控制这种结构能够充分的发挥出自身的`受力性质，在结构的整体稳定性方面能够发挥出最大作用。

这种张弦梁结构整体上有着很大的优势，这种结构的刚度取决于结构的上弦抗弯曲结构和拉索结构的横截面，这种结构也是一种常见的半刚性结构，通常有以下的特点: ( 1) 结构整体的承载能力高。

收稿日期225基金项目国家自然科学基金项目(56);甘肃省自然科学基金(3ZS 6252);兰州理工大学优秀青年教师资助计划新型拉索—单层柱面网壳结构屈曲荷载分析王秀丽1,徐英雷2,彭　瑾1,李永祥1(1.兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州　730050;2.中铁工程设计咨询集团有限公司建筑工程设计研究院,北京　100055)摘　要:　新型拉索2单层柱面网壳结构是一种新型预应力空间结构.利用有限元分析软件AN 2S YS 建立该新型结构的组合有限元模型,进行特征值屈曲分析和考虑初始缺陷的非线性屈曲分析,较系统地研究了在不同的矢跨比、跨度、预应力、索断面面积、撑杆长度等因素下结构屈曲荷载的变化规律,结果显示这种新型预应力网壳结构比单层柱面网壳结构的稳定承载力有较大程度的提高.关键词:　新型拉索2单层柱面网壳结构;特征值屈曲;非线性屈曲中图分类号:　TU312 文献标识码:　A 文章编号:100420366(2008)0420085205An Analysis of Buckling L o a ds of a N e w Type Pr e 2str essCa ble 2Single 2Layer Cylindr ical R eticulated Shell Str uctureWAN G X iu 2li 1,XU Y i ng 2lei 2,PEN G Jin 1,LI Y ong 2xiang 1(1.Sc hool of Civil Engineeri ng ,L anz hou U nive rsit y of Tec hnology ,L a nz hou 730050,China ;2.China Railw a y E ngineer ing Consulta nts Group (CE C ),Building Constr uction D esign and Resea rc h Institute ,Beij ing 100055,China )Abstract :　The new t ype cable 2single 2layer cyli ndri cal ret iculate d shell st ruct ure i s a new p re 2st ress space st ruct ure.It s combi ned fi nite element models are establi shed by adopti ng t he fi nit e ele ment analysi s pro 2gram AN SYS to make an eigenvalue buckli ng anal ysi s and a nonlinear buckli ng a nalysi s of i nitial defect s on t hem.The aut hors ha ve syst ematicall y st udied t he rul es of variation of t he buckli ng loads.Under such fac 2tor s as t he ratio of t he rise to span ,span ,pre 2st re ss ,etc.,The resul t s show t hat i t s sta bi li t y and beari ng capacit y are greatl y enha nced as co mpared wit h si ngl e 2diagonal braci ng si ngle 2layer cyli ndrical lat tice shell st ruct ure.K ey w or ds :　new t ype pre 2st re ss cable 2single 2layer cyli ndrical reticulat ed shell st ruct ure ;eigenvalue buck 2ling ;no nli near buckling 新型拉索2单层柱面网壳结构是一种在单层柱面网壳的基础上增加适当的撑杆-预应力索体系后而形成的异钢种新型预应力空间杂交钢结构[1].屈曲分析的目的是确定结构从稳定的平衡状态变为不稳定的平衡状态时的临界荷载和屈曲模态形状.在单层网壳中,常以失稳控制其极限承载力[2],因此稳定成为单层网壳结构设计中的关键问题.鉴于文献[3]中规定圆柱面网壳宜补充考虑半跨活荷载分布,以下涵盖了对称的全跨均布节点荷载作用下、含非对称荷载的全跨+半跨均布节点荷载作用下2种荷载工况.在不同的荷载工况下,考虑不同的矢跨比、结构跨度、拉索预应力等因素,采用分块La nczos 法,进行特征值屈曲分析;采用结构的一阶线性屈曲模态作为结构初始缺陷模态,利用牛顿2拉裴逊法和弧长法进行初始缺陷的非线性屈曲分析,较系统地研究了新型预应力网壳结构在线弹性范围内的线第20卷　第4期2008年12月 甘肃科学学报Jo urnal of G ans u Sci ences Vol.20　No.4Dec.2008:2007110:07807801A2048.性、非线性稳定性能.1　有限元模型的建立按照文献[1]中的结构参数、杆件参数利用有限元软件ANS YS 建立完全相同的单斜杆型圆柱面网壳和以此为基础形成的新型结构模型见(新型结构图中未画出网壳斜杆)图1. 单层网壳跨度60m ,矢跨比0.3,横向主拱按等图1　单层柱面网壳与新型拉索2单层柱面网壳结构弧长划分20份,壳长方向每隔4m 一格长为80m.在壳体曲面内侧每榀横向主拱的跨中对称布置7根撑杆,从跨中到两边撑杆长度依次取3.9m 、3.6m 、3.0m 、1.8m ;在横向主拱两端壳体曲面外侧每端分别按2根、3根间隔布置撑杆,撑杆长度皆为2.7m ;每根撑杆间以柔性钢索相连以保证其稳定性,壳体两侧曲面外侧拉索采用整体交叉布置.拉索采用19Ф5的钢绞线,按预应力→加载的加载顺序采用先张法在中部索系和两侧索系施加相同的初始预应力值180MPa.拉索、撑杆、横向主拱之间均假定为铰接.结构沿单层柱面网壳两纵边三向固定铰支.计算中考虑几何大变形非线性和应力刚化的影响.2　2种结构稳定性能对比分析在全跨节点荷载下,2种结构前5阶的特征值屈曲荷载(计及重力作用影响)及屈曲模态分别见表1、图2,新型结构的一阶特征值屈曲荷载是单层网壳的1.588倍,其线性理论屈曲强度明显高于单层网壳.在半跨节点荷载下,新型结构和单层网壳的一阶特征值屈曲荷载分别是97.332kN 和82.043kN ,新型结构的一阶特征值屈曲荷载是单层网壳的1.186倍,其线性理论屈曲强度仍高于单层网壳,但提高的幅度不如承受全跨荷载时显著.表1　全跨荷载下,2结构的特征值屈曲荷载 单位:kN工况第1阶第2阶第3阶第4阶第5阶预应力网壳70.676324.885344.956355.241369.934单层网壳44.519127.321140.333240.565254.507 与单层网壳相比,2种荷载工况作用下新型结构的第1阶特征值屈曲模态并未发生实质性变化,图2　全跨荷载下,2种结构的前5阶特征值屈曲模态仍为反对称失稳模态,但结构除第1阶屈曲模态之外的各阶模态均不同于单层网壳同时,单层网壳在种荷载工况下的各阶模态形状十分相近,但新型结构在这种工况下除第阶之外的各阶模态皆不相同.在全跨和半跨竖向均布节点荷载共同作用时,设全跨均布节点荷载大小为,半跨均布节点荷载大小为q ,则结构的稳定性承载力以(+q)来衡量[3],q 比值参考文献[]取为∶对结构进行68 甘肃科学学报 2008年　第4期.221g g g/41 1.非线性屈曲分析时按一致缺陷模态法施加结构的初始缺陷,一阶屈曲模态的最大位移按网壳跨度的1/300取值.在全跨+半跨荷载下,2种结构的一阶屈曲模态仍为反对称失稳模态.2.1　矢跨比对屈曲荷载的影响保持跨度60m不变时,不同的矢跨比对新型结构和单层网壳特征值和非线性屈曲荷载的影响见表2、表3.为更直观地反映两结构特征值屈曲荷载的变化规律,将表2结果绘于图3.可见,在全跨荷载下,单层网壳的最佳矢跨比在0.2～0.3之间,新型结构的最佳矢跨比在0.25～0.35之间.在全跨+半跨荷载下,单层网壳的最佳矢跨比亦在0.2～0.3之间,新型结构的最佳矢跨比在0.3～0.4之间.将表3与表2比较可知,2种结构的非线性屈曲荷载保持着与特征值屈曲荷载相类似的变化规律.表2　不同矢跨比时2种结构的特征值屈曲荷载矢跨比预应力网壳0.20.250.30.350.40.450.5单层网壳0.20.250.30.350.40.450.5全跨/kN60.4167.9770.6868.9763.7956.3647.8541.3744.8244.5241.2836.1130.0323.81全跨+半跨/kN66.1170.9974.1986.0380.8972.8462.0053.7758.2457.8553.6346.9339.0330.95表3　不同矢跨比时2种结构的非线性屈曲荷载矢跨比预应力网壳0.20.250.30.350.40.450.5单层网壳0.20.250.30.350.40.450.5全跨/kN47.6455.7559.8559.6759.2953.3346.3737.5843.2142.8439.7234.5928.8822.56全跨+半跨/kN48.2353.5757.9161.5259.1351.1442.1641.6746.7548.8345.9141.9934.6026.21图3　矢跨比对两结构特征值屈曲荷载的影响◆预应力网壳 ▲单层网壳2.2　跨度对屈曲荷载的影响保持矢跨比0.3不变,不同跨度时2种结构的特征值屈曲荷载和非线性屈曲荷载见表4、表5.新型结构和单层网壳的屈曲荷载与结构的跨度关系极大.随跨度增加,结构的特征值屈曲荷载和非线性屈曲荷载明显降低.跨度对屈曲荷载的影响明显高于矢跨比的影响.同时,跨度越大,缺陷对非线性屈曲荷载的影响越小.表4　不同跨度时2种结构的特征值屈曲荷载跨度/m预应力网壳4050607080单层网壳4050607080全跨N56563565全跨+半跨N656655365536578第20卷 王秀丽等:新型拉索—单层柱面网壳结构屈曲荷载分析 /k14.7298.8770.8 1.88.4111.008.2444.229.8219.94 /k1.2910.774.19 1.77.72144.2288.77.88.72.92表5　不同跨度时2种结构的非线性屈曲荷载跨度/m 预应力网壳4050607080单层网壳4050607080全跨/kN 123.3882.0959.8545.5234.78105.3665.3042.8428.8219.33全跨+半跨/kN132.5284.5857.9141.1629.97117.9273.4548.8333.5522.992.3　预应力对屈曲荷载的影响保持中部索系与两侧索系的预应力值相同的情况下,不同初始预应力值对结构屈曲荷载的影响见表6.总体而言,在2种荷载工况下,随着预应力增加结构的屈曲荷载呈增加趋势,但基本保持在相对接近的范围内,改善效果较为有限.进一步分析可知,在保持两侧索系或中部索系的初始预应力不变的情况下,考虑不同的中部索系与两侧索系预应力比值,结构在2种荷载工况下的屈曲荷载仍保持在十分接近的范围内,变化十分微小.同时结果显示:不能依靠提高中部索系的预应力值提高结构的屈曲荷载,而且在满足各种受力要求和结构局部稳定性的前提下应力求中部索系的预应力值不要过大;在拉索的容许应力范围内,通过增大两侧索系的预应力值能在一定程度上提高结构的屈曲荷载.总之,改变结构的初始预应力对改善结构的稳定性能效果不显著.2.4　索断面面积对屈曲荷载的影响保持拉索的初始预应力值180MPa 不变,不同拉索截面对新型结构屈曲荷载的影响见表7.可见,结构屈曲荷载随索断面面积的增加而明显增加.表6　不同初始预应力时新型结构的屈曲荷载预应力/M Pa 特征值屈曲18180300480600非线性屈曲181********全跨/kN 70.3570.6870.6370.5770.5358.1059.8561.0862.43全跨+半跨/kN72.8274.1974.1888.6089.8457.5657.9158.0259.28表7　不同拉索截面时新型结构的屈曲荷载拉索截面/m m 2特征值屈曲7Φ57Φ619Φ519Φ637Φ537Φ6非线性屈曲7Φ619Φ519Φ637Φ537Φ6全跨/kN 57.4761.7370.6876.2080.6384.9353.5259.8464.4368.1972.31全跨+半跨/kN66.1968.1974.1976.8179.7083.3755.5957.9159.3160.5561.872.5　撑杆长度对屈曲荷载的影响撑杆对网壳起弹性支座作用,大大减少了相应单层网壳节点的挠度和变形.保持中部撑杆长度不变,仅改变两侧撑杆长度时的屈曲荷载见表8.可见,两侧撑杆长度增加使结构特征值屈曲和非线性屈曲荷载显著增大.保持两侧撑杆长度与中部撑杆最大长度的比值(0.7左右)基本不变的情况下,同时改变中部和两侧撑杆长度时屈曲荷载的变化情况见表9.其中撑杆工况1是:中部索系处撑杆长度由中间向两侧依次为2.1m 、1.8m 、1.5m 、0.9m ,两侧撑杆为1.5m ;工况2:中部撑杆顺次为3.9m 、3.6m 、3m 、1.8m ,两侧撑杆为2.7m ;工况3:中部撑杆5.4m 、4.8m 、3.6m 、2.1m ,两侧撑杆为3.9m ;工况4:中部撑杆6.9m 、6m 、4.8m 、3m ,两侧撑杆为4.8m ;工况5:中部撑杆8.4m 、7.8m 、6m 、3.3m ,两侧撑杆为5.7m.对比表8、表9及进一步计算分析可知:增加中部撑杆的长度对结构屈曲荷载的改善作用不大,但增加结构的两侧撑杆长度对结构屈曲荷载的改善效果显著.表8　仅改变两侧撑杆长度时新型结构的屈曲荷载两侧撑杆长/m 特征值屈曲5333555非线性屈曲5333555全跨N5663655535555556563655全跨+半跨N 655355656355666688 甘肃科学学报 2008年　第4期1. 2.12.7..94..1.71. 2.12.7..94..1.7/k .84 4.270.87.779.481.888.928.401.01.089.8 4.17.49.8171.772.8/k .4070.74.1977.0278.1979.980.9981.904.8.87.919.210.170.91 1.42 1.91表9　改变全部撑杆长度时新型结构的屈曲荷载撑杆工况特征值屈曲12345非线性屈曲12345全跨/kN 56.5970.6879.6083.1185.4650.9859.8467.1870.0572.11全跨+半跨/kN65.6274.1978.6781.5982.7454.3157.9160.1461.1361.642.6　长跨比对屈曲荷载的影响保持结构的跨度为60m 不变的情况下,改变网壳结构的壳体长度依次为64m 、80m 、96m 、112m ,纵向网格间距保持4m 不变,则所得结构不同长跨比对屈曲荷载的影响见表10.总体而言,随着长跨比的增加,结构的屈曲荷载逐渐提高但幅度十分微小,屈曲荷载保持在十分接近的范围内.表10　不同长跨比时新型结构的屈曲荷载长跨比特征值屈曲1.067 1.333 1.600 1.867非线性屈曲1.067 1.333 1.600 1.867全跨/kN 70.2970.6870.9371.1259.2659.8460.2360.50全跨+半跨/kN73.9974.1973.6874.0157.8357.9157.9257.973　结论(1)通过对全跨均布节点荷载、全跨+半跨均布节点荷载作用下2种结构的弹性稳定性能进行理想线性和考虑缺陷的非线性大挠度分析,新型预应力网壳结构的屈曲强度明显高于单斜杆型单层圆柱面网壳结构,在全跨均布节点荷载作用时尤为显著.(2)在全跨均布节点荷载、全跨+半跨均布节点荷载作用下,预应力网壳结构的最佳矢跨比在0.25～0.40之间.(3)与单层柱面网壳结构相同,随着跨度增大,预应力网壳的承载能力明显降低,跨度对结构稳定性的影响要明显大于矢跨比的影响.但结构的稳定性受长跨比影响十分微小.(4)预应力网壳结构的极限承载能力随着初始预应力、拉索截面面积和撑杆长度的增加,呈增大的趋势,但随预应力增加的幅度十分有限;随拉索断面面积的增加而明显增加;增加结构两侧撑杆长度对稳定性能的改善效果显著,增加结构中部撑杆长度改善作用不大.参考文献:[1]　王秀丽,徐英雷,张宪江.新型拉索2单层柱面网壳结构性能初探[A].刘锡良.第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].北京:工业建筑出版社,2007,3672373.[2]　尹德钰,刘善维,钱若军.网壳结构设计[M ].北京:中国建筑工业出版社,1996.[3]　网壳结构技术规程J G J 6122003[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.[4]　沈世钊,陈昕.网壳结构稳定性[M ].北京:科学出版社,1999.[5]　郭彦林,胡淑辉.一种新型预应力索2拱结构的弹性稳定性能研究[J ].空间结构,2005,11(3):33238.[6]　李永梅,张毅刚.肋环型索承网壳结构的稳定性和参数分析[J ].北京工业大学学报,2004,30(1):75280.[7]　江见鲸,何放龙,何益斌,陆新征.有限元法及其应用[M ].北京:机械工业出版社,2006.[8]　王秀丽,高月梅,高森,等.大跨度双向张弦梁地震响应分析[J ].甘肃科学学报,2007,19(3):1232126.作者简介:王秀丽(19632)女,辽宁省沈阳人,2004年哈尔滨工业大学结构工程专业博士毕业,现任兰州理工大学教授,博士生导师,空间结构研究所所长,主要从事空间结构与钢结构研究.98第20卷 王秀丽等:新型拉索—单层柱面网壳结构屈曲荷载分析 。

单元拼装式自平衡预应力网格结构成型方法的研究摘要：单元拼装式自平衡预应力网格结构是一种新式的预应力空间钢结构，目前关于这种结构的成型工艺和施工技术措施尚不明确，阻碍了这种新型结构体系的应用和发展。

本文通过分析单元拼装式自平衡预应力网格结构的构造特点，对这种结构体系的成型方法进行了探讨和分析，给出了适用于单元拼装式自平衡预应力网格结构的成型方法、实施要点及技术措施。

关键词：钢结构；预应力；结构成型中图分类号：tu366.2 文献标识码：a 文章编号：1671-3362（2013）05-0028-011 引言单元拼装式自平衡预应力网格结构是一种新式的预应力空间钢结构，结构是由结构基本单元拼装组成，结构的基本单元的形状为一几何多面体，该几何多面体是由外部只能承受拉力的柔性拉索和内部按照一定规则设置的刚性压杆组成。

2 单元拼装式预应力网格结构的成型方法结构成型是指在实现结构的空间几何形态并在预应力结构中建立既定预应力的过程。

通常情况下，直接张拉预应力拉索的拉索法是预应力空间钢结构广泛采用的结构成型手段，但是拉索法并不适合单元拼装式自平衡预应力网格结构的成型，这与自平衡预应力网格结构的结构特征和构造特点相关。

首先，在单元拼装式自平衡预应力网格结构中拉索的根数众多，绝大多数拉索的设计预应力不同，张拉过程中各拉索之间索力相互影响大，拉索张拉控制应力确定困难。

其次，自平衡预应力网格结构的各个节点上关联的构件数量较多，难以为数量众多的拉索的张拉提供必要的作业空间和锚固空间，工程实施困难，结构成型质量难以保证。

因此，单元拼装式自平衡预应力网格结构上通常从结构构件的空间上协调变形特点上解决其成型的难题。

丝扣拧张法就是一种通过伸长压杆间接实现拉索张拉的拉索预应力建立方法。

丝扣拧张法的技术特点如下：为实现压杆的伸长，在压杆的两端分别设置一定长度的丝扣方向相反的螺栓，安装压杆时将两端的螺栓旋入端部的球形节点的螺中，结构拼装完成后，旋转压杆使杆端的螺栓自节点构件中旋出，压杆实现伸长，同时与该压杆连接的拉索实现张紧。

•534-建 筑技术Architecture Technology第52卷第5期2021年5月Vol .52 No .5 May . 2021国家会议中心二期屋盖预应力拉索施工关键技术研究于东晖\高晋栋2，堯金金2，张致豪2，司波2(1.北京市建筑设计研究院有限公司，100045,北京；2.北京市建筑工程研究院有限责任公司，100039,北京）摘要：张弦结构是大跨度预应力钢结构的主要形式，其中预应力施工是整体施工的关键步骤。

国家会议中心二期工程屋盖采用预应力张弦拱壳结构，钢结构安装采用“累计滑移为主、吊装为辅”的安装方案；预应力拉索张拉采用分级张拉工艺，以索力控制为主，监测结构变形为辅。

关键词：张弦结构；滑移施工；分级张拉中图分类号：TU 74文献标志码： B文章编号：1000-4726(2021)05-0534-03RESEARCH ON KEY TECHNOLOGY OF PRE-STRESSED CABLE CONSTRUCTIONOF CHINA NATIONAL CONFERENCE CENTER PHASE IIYU Dong-hui1, GAO Jin-dong2, YAO Jin-jin2, ZHANG Zhi-hao2, SI Bo2(1.Beijing Institute of A rchitecture Design Co ., Ltd ., 100045, Beijing , China ; 2.Building Construction Research Institute Co .,Ltd .,100039, Beijing , China )Abstract: String structure is one o f the main forms o f long-span prestressed steel structure, inw hich pre-stressed construction is the key step of overall construction. China National Conference Center Phase II adopts the pre-stressed string-beam structure. The steel structure o f the project adopts the installation schem e o f “cumulative slippage as the main part and hoisting as the auxiliary part”.The pre-stressed cable tensioning adopts the graded tensioning process, cable force control is the main method, and structural deformation monitoring is the auxiliary method.Keywords: string structure; sliding construction; graded tensioningi 预应力拉索安装及张拉施工流程预应力检索屋盖施工流程如图3所示。