辐射式张弦梁结构动力特性初探

文章编号:1673-5196(2006)04-0105-04张弦梁结构的自振特性分析王秀丽1,丁南生1,崔继付2(1.兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州　730050;2.甘肃省建筑设计研究院,甘肃兰州　730000)摘要:利用A N SYS软件中的子空间迭代法,分析了张弦梁结构的自振特性,针对不同的参数如矢跨比、垂跨比、撑杆数、横索数、预应力度和整体倾角等进行了大量参数分析,得出了各参数对张弦梁结构的自振特性的影响及张梁弦结构的自振规律.关键词:张弦梁;模态分析;自振频率;自振特性分析;子空间迭代法中图分类号:T U311.3 文献标识码:AAnalysis of free vibration characteristics of stringed beam structureWANG Xiu-li1,DING Nan-sheng1,CU I Ji-fu2(1.College of Civil Engin eer,Lanzh ou Univ.of Tech.,Lanz hou　730050,C hina;2.Gansu P rovincial In stitu te of Architectural Design& Research,Lanzh ou　730000,China)A bstract:The free vibration cha racteristics of stringed beam structure w ere analy zed sy stem atically w ith subspace iteration me thod o f softw are ANSYS.Through a large amount of analy sis of the different param-eters,such as rise-span ratio,sag-span ratio,num ber of struts,numbe r o f lateral string,prestress,ob-lique angle,e tc,the influence of seve ral parame ters on the free vibration characteristics o f stringed beam structure as well as the pattern of free vibration w ere o btained.Key words:stringed beam structure;modal analy sis;free vibration frequency;free vibratio n characte ris-tics analysis;subspace iteratio n metho d 张弦梁结构是一种由弦、撑杆和抗弯受压构件组成的新型空间结构,是通过在弦中施加预应力来改善抗弯受压构件的受力性能的自平衡体系[1～3].在结构的振动分析中,结构的固有频率和振型是承受动力荷载结构设计中的重要参数,也是结构动力分析的基础.结构的自振特性主要指自振频率和振型,二者组成特征对.自振频率是结构本身的重要特性,由此可知结构的刚度特性,并反映结构质量和刚度的匹配情况,而且对结构动力响应的大小有决定性的影响.各阶频率所对应的振型决定了其动力参与系数的大小,也就决定了其对结构动力响应所作贡献的大小.通过对结构的振型分析,可以明确结构的刚度分布情况,从而得知结构各个部分刚度的强弱[4～6].本文利用ANSYS软件,采用不同的参数对张弦梁结构的自振特性进行了分析. 收稿日期:2005-09-06 基金项目:国家自然科学基金(50338010) 作者简介:王秀丽(1963-),女,辽宁沈阳人,博士,教授,博导.1　多自由度体系振动方程和自振特性计算方法对于张弦梁结构体系,由于其阻尼比很小,在理论上分析时忽略阻尼对其自振特性的影响,故张弦梁结构自振特性可由结构在无阻尼自由振动时的频率及相应的振型表示.张弦梁结构无阻尼自由振动方程[6]为M¨U+KU=0(1)式中:M为质量矩阵;K为在整体坐标下的总刚度矩阵;U为位移列阵;¨U为加速度列阵.多自由度体系无阻尼自由振动方程可归结为广义特征问题,式(1)解的形式为KΥ=MΥΛ(2)式中:Υ=[Υ1,Υ2,…,Υn]为振型矩阵;Λ为频率对角矩阵,Λ=ω21ω22ω2n第32卷第4期2006年8月兰　州　理　工　大　学　学　报Jo urnal of Lanzho u Univ ersity of T echno lo gyVo l.32No.4A ug.2006 鉴于张弦梁结构的自由度庞大,式(2)可归结为大型特征值问题,对于特征值及特征向量的有效解法是非常必要的,而求解所有的特征值近乎不可能,也没有必要.实际工程中有用的是低频率或某一频率段的固有频率,此时子空间迭代法是极其有效的.子空间迭代法[7]是一种逐步迭代求解广义特征值问题的方法,是反迭代法和Ray leigh-Ritza法的发展,目的是求出结构的前阶频率及振型,它们满足式(2).各振型应满足正交条件[5],即φT Kφ=ΛφT Mφ(3) 子空间迭代法的基本思路是选择m个线性无关的初始向量,而后使用逆迭代和Ritza法进行迭代,即通过迭代使参加的振型逐渐逼近特征空间,可以按任意的精度逼近精确振型的解.其中逆迭代法的目的是使m个迭代向量所张的子空间V m向m 个向量所张的子空间E m逼近;Ray leigh-Ritza法的作用是使迭代向量正交化,当V m很接近E m时,就可求出较精确的m阶特征值.任一体系自由振动特性的分析可归结为解广义特征值问题:KΥ=ω2MΥ(4) 进行求解广义特征值时通常采用广义雅可比法,这种方法利用雅可比阵[8]作为变化矩阵,把矩阵K和M非对角元素逐渐零化,从而使之变化趋向于对角阵.用子空间迭代法求频率和振型时,为了避免刚度矩阵有病态而影响计算精度或导致失败,通常还采用移位技术[9],即选适当的移位值θ,将式(4)改为(K+θM)Υ=(ω2+θ)MΥ(5)解出后再将频率移回.移位值要针对所分析的结构以及采用的单位来选定.2　张弦梁结构自振频率由于张弦梁结构的自由度庞大,同时受到多参数的影响,因此本文采用跨度为100m的张弦梁结构空间计算模型,运用子空间迭代法进行分析[6,9,11],选用空间杆单元LINK8、LINK10和梁单元BEAM4描述张弦立体桁架各杆件及索系,并针对不同的参数,如不同矢跨比、垂跨比、撑杆数、横索数、预应力度和整体倾角等进行了大量参数分析,得出张弦梁结构在相应工况下的自振频率和振型,从而研究其自振特性.2.1　矢跨比和垂跨比的影响经过分析,得到不同矢跨比和垂跨比时的基频和自振频率的变化关系,见表1和图1.表1　不同矢跨比和垂跨比时的基频Tab.1　Fundamental frequency of structure with different rise-span ratio and sag-span ratio矢跨比基频/Hz垂跨比基频/Hz0.070.791940.02 1.206700.09 1.039700.03 1.108200.11 1.108200.050.931430.13 1.083500.080.733760.15 1.031400.110.56436(a)矢跨比(b)垂跨比图1　不同矢跨比和垂跨比与自振频率的关系Fig.1　Relation of rise-span ratio and sag-span ratio with free vibrat ion frequency 1)矢跨比的影响由表1可知结构基频随着矢跨比增大而增大,但达到0.11后出现减小的趋势,说明张弦梁结构的矢跨比加大提高了张弦梁结构的刚度,但结构的基频随着矢跨比的增大其值都变化不大,这说明单向106 兰州理工大学学报 第32卷张弦梁结构的第一阶自振以纵向水平振动为主,结构的矢跨比加大,对此方向的刚度影响不大.张弦梁结构的自振频率与矢跨比的变化关系如图1a所示,由图1a可以看出,在同等荷载作用及支座条件下,结构的自振频率在34阶之前随着矢跨比增大而增大,34阶之后随着矢跨比增大呈现出较快减小的趋势,但矢跨比达到0.11后,减小的幅度明显减弱.这表明张弦梁结构的高阶振型为水平和竖向振动耦合的自振形式,随着矢跨比的增大,对张弦梁结构的竖向刚度有一定的影响.2)垂跨比的影响张弦梁结构的垂跨比对其基频影响可以从表1看出,随着垂跨比的增大一直减小,说明撑杆下由柔性索连接,加大垂跨比对张弦梁结构的刚度并没有提高,而是有减小的趋势,而且基频随着垂跨比的增大而减小,这说明张弦梁结构的垂跨比加大,对水平向的刚度有一定的影响.张弦梁结构的自振频率与垂跨比的变化关系如图1b所示,由图1b可以看出,在同等荷载作用及支座条件下,结构的自振频率随着垂跨比增大呈现出减小的趋势,这说明垂跨比加大减弱了张弦梁结构的刚度.2.2　撑杆数和横索数的影响1)撑杆数的影响在此采用跨度为100m,横索数为3根,两端支座为简支的张弦梁结构空间计算模型,在ANSYS 中进行分析,结果如表2和图2a所示.由表2和图2a可以看出,在同等荷载作用及支座条件下,基频随着撑杆数的增加而增大,其高阶频率则随着撑杆数的增加反而减小,这说明撑杆数的增大,对张弦梁结构的水平刚度有一定影响,但影响不大,并没有大大提高张弦梁结构的刚度.表2　不同撑杆数和横索数时的基频Tab.2　Fundam ental frequency of structure with different numbers of struts and numbers of lateral string 撑杆数基频/H z横索数基频/H z30.8215910.7627270.882783 1.15151110.917005 1.29131 190.969217 1.35410230.9713711 1.41020 2)横索数的影响横索数对张弦梁结构的自振特性有一定的影响,计算结果如表2和图2b所示.从表2和图2b来看,基频随着横索数的增大一直在增大,其高阶频率也随着横索数的增加,结构的自振频率增大.表2和图2b说明单向张弦梁结构的第一阶自振以纵向水(a)撑杆数(b)横索数图2　不同撑杆数和横索根数与自振频率的关系Fig.2　Relation of number of struts and num ber of lateral string with free vibration frequency平振动为主,随着横索数的增大,横索的约束作用对张弦梁结构的平面外刚度提高很大,同时随着横索数的增多,张弦梁结构的整体刚度也逐渐增大,因此横索数对张弦梁结构的自振特性影响很大.2.3　预应力度和整体倾角的影响通过分析,得到不同预应力度和整体倾角对基频和自振频率的影响,见表3.表3　不同预应力度和整体倾角时的基频Tab.3　Fundamental frequency of structure with different prestresses and oblique angles预张力度/kN基频/Hz整体倾角/(°)基频/Hz 200 1.10760 1.1082500 1.1079arctan0.03 1.1076800 1.1082arctan0.06 1.10561000 1.1087arctan0.12 1.09791200 1.1092arctan0.18 1.0852 由表3可见在同等支座条件下,基频随着预应力的增加略有增大,说明索的预应力会改变结构的刚度,从而也会影响结构的基频,但影响非常小;基107第4期 王秀丽等:张弦梁结构的自振特性分析 频随着整体倾角的增加略有减小,但其对张弦梁结构的基频的影响都也很小.从表3可以看出,在同等条件下预应力度的加大对张弦梁的基频虽有一定的增大,但变化很小,从第二阶开始,随着预应力度的加大张弦梁结构的自振频率几乎没有什么差别,这说明增加索的预张力对结构的刚度没有很好的加强,因此对结构的自振频率影响甚微.由表3可以得出,随着整体倾角的增大,张弦梁结构的频率稍微有点减小,但变化很小,即整体倾角对张弦梁结构的自振频率几乎没有什么大的影响,这也说明了改变倾角对张弦梁结构的刚度没有什么影响,在建筑上可以根据建筑要求选择结构的整体倾角.2.4　振型图在此采用跨度为100m、撑杆数为9根、索的预应力度为800kN的张弦梁结构空间计算模型,提取其前100阶振型进行分析.从其前100阶振型图中可以看出,张弦梁结构的振型可以分为水平与竖向振型.第1～14阶振型为水平振动为主,主要表现为索的平面外振动,这表明张弦梁结构的下弦索在平面外的刚度较弱,但此时结构的上弦梁基本没有变形,结构表现出的仅是结构的局部振动而非整体振动;第15～68阶振型出现竖向振动,而且从第15阶振型以后就开始出现水平振动和竖向振动的耦合.因此若仅考虑前几阶振型,利用建筑结构动力分析中常用的振型叠加法对结构进行动力分析,就会产生较大的误差.对张弦梁这种形式复杂、刚度不均匀的结构,其前几个甚至前几十个振型都仅是结构的局部振动而非整体振动,应综合考虑振型的有效质量值,确定参与振型叠加合理振型数.3　结论1)张弦梁结构频谱相当密集,没有出现大的跳跃.这些分布密集的频率呈现出阶梯状分布的特点,在阶梯的分段处,结构的振型往往也表现出较明显的变化特点.由于索的作用,该对称结构的基本振型并没有对称出现,并且频率分布相对比较密集的阶数达35阶之多,建议对结构进行动力分析时,振型数不少于35阶.2)张弦梁结构的基频都较小,表明结构较柔,刚度较弱,其基频随着矢跨比增大而增大,随着垂跨比增大而减小,随着撑杆数和横索根数的增加而增加.预应力度和整体倾角对结构的基频基本影响很小.3)不同矢跨比、垂跨比、撑杆数、横索数对张弦梁结构的自振特性都有显著影响.随着矢跨比和垂跨比的增大,结构的频率都有所减小;撑杆数从少到多变化时,结构的基频由小到大增加,但在高频率时随着撑杆数的增加结构频率反而降低;随着横索数的增加,结构的自振频率增大.不同预应力、整体倾角分布对结构的自振频率影响很弱.4)张弦梁结构属于对称结构,但结构的基本振型并没有严格的对称出现;由于张弦梁结构是一种形式复杂、刚度不均匀的结构,其前很多阶振型表现出的只是结构下弦索的局部振动,而结构的主振型极有可能出现在高阶振型,因此仅仅研究动力参数对基本频率的影响是远远不够的,还要深入探讨这些动力参数对结构频率分布的影响情况.5)在地震分析中,需根据上述自振特性的分析适当选择方法;张弦梁结构频谱相当密集,因而截断频率选择时须慎重;在地震波输入方面根据其自振特性应该考虑多维输入.参考文献:[1]　刘锡良,白正仙.张弦梁结构的有限元分析[J].空间结构,1998,4(4):15-21.[2]　刘开国.大跨度张弦梁式结构的分析[J].空间结构,2001,7(2):39-53.[3]　NIU D,RU J.The eigh th international on sy mposium on struc-ture engineering for young experts[C].Beijing:Science Press,2004:843-849.[4]　白正仙.张弦梁结构的理论分析与试验研究[D].天津:天津大学,1999.[5]　陈　波.几何非线性对空间网架结构自振特性的影响[J].甘肃工业大学学报,1995,21(1):64-68.[6]　李　杰,李国强.地震工程学导论[M].北京:地震出版社,1994.[7]　谭建国.使用ANS YS进行有限元分析[M].北京:北京大学出版社,2002.[8]　李桂青.抗震结构计算理论和方法[M].北京:地震出版社,1985.[9]　蓝　天,张毅刚.大跨度屋盖结构抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.[10]　齐永胜,周　泓,苏　康.用APDL语言解决张弦梁结构找形问题的方法[J].山西建筑,2004,30(3):20-21.[11]　张志宏,董石麟.索杆梁混合单元体系的初始预应力分布确定问题[J].空间结构,2003,9(3):13-18.108 兰州理工大学学报 第32卷。

辐射式张弦梁结构的地震响应及参数分析李晓飞;刘丽霞;薛晓峰;王秀丽【摘要】The radiant beam string structure(RBSS)is a new type of space structure systems. Taking RBSS as our object,and adopting time history analysis to study seismic response,we have got different parameters,such as the rise-span ratio,the sag-span ratio,the prestress of string,and the number of struts. Their influences on seismic responses of the radiant beam string structure are studied.%辐射式张弦梁结构是一种受力性能优良的新型空间结构体系,运用时程分析法对结构进行地震响应分析,并对不同参数如矢跨比、垂跨比、预拉力值、撑杆数进行了分析,得出各参数对辐射式张弦梁结构在地震作用下的影响,其结果为辐射式张弦梁结构的设计、研究和应用提供了一定的参考和借鉴.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2011(023)002【总页数】5页(P103-107)【关键词】辐射式张弦梁结构;地震响应;时程分析;ANSYS【作者】李晓飞;刘丽霞;薛晓峰;王秀丽【作者单位】甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TU311.3;TU435辐射式张弦梁结构是一种新型空间结构形式，它是由中央按辐射式放置拱、拱下设置撑杆、撑杆同环向索和斜索相连接，这种结构具有受力合理、力流直接、整体刚度大、施工简单的特点[1－8].为了认识辐射式张弦梁结构的动力特性，我们计算了水平地震和竖向地震作用下结构的地震响应以及不同参数的模型在三向地震作用下的响应，总结出了该结构的地震响应规律.采用跨度为96m的辐射式张弦梁结构空间计算模型如图1所示，拱采用了平面桁架，拱和拉索轴线的形状均采用二次抛物线的形式.平面桁架的各个杆件和撑杆均采用空间梁单元BEAM188、索采用索单元LINK10来描述，所有的支座为固定铰支座.以下为选取的参数：矢跨比为0.04、0.06、0.10，拉索的预拉力值为800kN、1 000kN、1 200kN，垂跨比为0.04、0.09、0.13，撑杆数为7根、11根、15根，构件截面尺寸见表1.辐射式张弦梁结构在支座处按铰接处理，对下部结构不产生水平推力仅产生竖向力，而且对大跨度结构竖向地震作用更加明显，因此工程中通常单独考虑上部结构.采用时程分析法对结构进行地震响应分析，需要输入地震波的波形主要按场地类别选用，适当考虑附近场地类别及结构基本周期的影响.当所选择的实际地震记录的加速度峰值与建筑地区设防烈度所对应的加速度峰值不一致时，可将实际地震记录的加速度按比例放大或缩小来加以修正[5].采用小震时的峰值加速度作为地震输入以使结构处于弹性阶段工作、当要对结构作罕遇地震下的弹塑性分析时则需输入大震时峰值加速度进行计算.这里仅考虑弹性工作阶段，兰州地区为8°抗震设防、设计基本加速度为200cm／s2，弹性时程分析时取多遇地震作用下的地震加速度时程曲线最大值70cm／s2[2].选取的地震波为 EI-Centro波，时间间隔0.02s，持续时间取10s，地震波加速度峰值按以下公式调整：为调整后的地震加速度曲线及峰值；a（t）、Amax为原记录的地震加速度曲线及峰值.分析可知，辐射式张弦梁结构的水平地震响应大于竖向地震响应，结果见表2.如上弦杆最大水平地震内力为976kN，而最大竖向地震内力为690kN.上弦杆和下弦杆的水平与竖向地震内力对比见图2.可以认为水平地震对辐射式张弦梁结构设计起控制作用.（1）矢跨比的影响结构的跨中竖向位移随着矢跨比的增大竖直正向位移减小，见图3.由图3可以看出索应力随着矢跨比的增加而有所减小，但减小幅度不大.矢跨比对结构响应峰值的影响见表3，随着矢跨比的增大，跨中位移峰值减小，索应力略微增大.这些说明矢跨比对该结构的地震响应有一定的影响.随着矢跨比的增大，位移有效的减小，可是用钢量也相应的增大，不利的平面外荷载（风载）也增大，无用的空间也增大，这些要求矢跨比不宜过高.所以，对于辐射式张弦梁结构，应根据设计要求合理的选择结构的矢跨比.（2）斜索预拉力的影响对张弦梁结构来说，索预拉力的大小对结构起着重要的作用.由于张弦梁结构是典型的刚柔结合杂交体系，一般都要对索施加一定的预拉力，其作用是使结构预先产生一定的反拱值，从而减少结构在使用荷载作用下的挠度.从图4可以看出，在地震作用下施加的预拉力越大，结构地震响应越大.从表4可以看出，结构的响应峰值也随着预拉力的增大而增大.随着预拉力的增加，拱的轴向压力也在不断增加，用钢量也在不断的增加.所以设计时索内预拉力的大小满足结构的反拱要求即可.（3）垂跨比的影响结构跨中位移响应随着垂跨比的增大有减小的趋势、索应力响应随着垂跨比的增大而减小，见图5.跨中位移响应峰值在增大、索应力峰值在减小，见表5.所以说通过增大垂跨比来改善结构的受力性能从结构受力角度是有益的.但垂跨比太大会出现撑杆屈曲，以及平面外稳定的问题.不过就用钢量来说，由于拱的用钢量占总用钢量的比例大，所以随着垂跨比的增大，索和撑杆对总用钢量来说影响不明显.因此，对于辐射式张弦梁结构，应根据设计要求合理的选择其垂跨比.（4）撑杆数的影响结构跨中位移随着撑杆数的增加有增加的趋势，但并不稳定.索应力从7根增加到11根时明显减小，但从11根增加到15根时索应力时而增大时而减小，呈现出不稳定的趋势，见图6.跨中位移响应峰值和索应力响应峰值从7根撑杆增加到11根撑杆时明显增加，而撑杆从11根增加到15根时在减小，见表6.这些说明撑杆相当于对拱提供弹性支撑，改善拱的受力性能，但撑杆数超过11根后，受力的改善不再明显，所以对辐射式张弦梁结构可以根据建筑要求确定撑杆的数目和位置.（5）不同地震波的影响在此设置辐射式张弦梁结构的计算模型为跨度96m、矢跨比为0.06、垂跨比为0.04、预应力为1 000kN，考察结构在同一布置下输入不同波时的地震响应，结果如图7所示.从分析结果可以看出结构在多遇地震作用下在不同地震波输入下，其响应差异并不是很大，在ELCentro波作用下结构的跨中节点响应峰值为24.9mm、兰州波26.8mm、Taft波为24.8mm.（1）对于辐射式张弦梁结构，水平地震响应比竖向地震响应大，因此可以认为水平地震对辐射式张弦梁结构设计起控制作用.（2）辐射式张弦梁结构的上弦杆最大动力反应一般发生在1／4跨附近和3／4跨附近，顶点并不是动力反应的最剧烈处，而下弦杆最大动应力则发生在支座附近. （3）矢跨比和垂跨比对结构的地震响应有一定的影响，随着矢跨比和垂跨比的增大，跨中竖向位移、索应力减小，因此设计时要慎重选择.（4）对于辐射式张弦梁结构，索内的预拉力大小对结构的地震响应很大，施加的预拉力越大，结构的地震响应越大，所以，索预拉力的大小满足结构的反拱要求即可.（5）对于辐射式张弦梁结构来说，撑杆数对结构影响不大，根据计算分析，96m 的结构建议选用11根撑杆.【相关文献】[1]刘锡良，白正仙.张弦梁结构的有限元分析[J].空间结构，1998，4（4）：15-21.[2]王秀丽，高月梅，高森.大跨度双向张弦梁地震响应分析[J].甘肃科学学报，2007.19（3）：123-126.[3]丁南生，张弦梁结构动力反应分析及抗震性能研究[D].兰州：兰州理工大学，2005.[4]曹资，薛素铎.空间结构抗震理论与设计[M].北京：科学出版社，2005.[5]建筑抗震设计规范.GB50011-2001[S].[6]刘永周.张弦立体桁架结构力学性能分析[D].兰州：兰州理工大学，2004.[7]王秀丽，丁南生，崔继付.张弦梁结构的自振特性分析[J].兰州理工大学学报，2006，32（4）：105-108.[8]王秀丽，刘永周.矢跨比和垂跨比对张弦立体桁架性能的影响分析[J].空间结构，2005，11（1）：35-39.。

论述张弦梁结构特点1.张弦梁的结构特征张弦梁结构的整体刚度贡献来自两个方面，抗弯构件截面和与拉索构成的几何形体，其是种介于刚性结构和柔性结构之间的半刚性结构。

它具有以下特征：1.1承载能力高。

张弦梁结构中索内施加的预应力可以控制刚性构件的弯矩大小和分布。

1.2使用荷载作用下的结构变形小。

张弦梁结构中的刚性构件与索形成整体刚度后，这一空间受力结构的刚度就远远大于单纯刚性构件的刚度，在同样的使用荷载作用下，张弦梁结构的变形比单纯刚性构件小得多。

1.3自平衡功能。

当刚性构件为拱时，将在支座处产生很大的水平推力。

索的引入可以平衡侧向力，从而减少对下部结构抗侧性能的要求，并使支座受力明确，比较容易设计与制作。

1.4结构稳定性强。

张弦梁结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的刚性构件而使体系的刚度和形状稳定性大为增强。

同时，若适当调整索、撑杆和刚性构件的相对位置，可保证张弦梁结构整体稳定性。

1.5建筑造型适应性强。

张弦梁结构中刚性构件的外形可以根据建筑功能和美观要求进行自由选择，而结构的受力特性不会受到影响。

1.6制作、运输、施工方便。

与网壳、网架等空间结构相比，张弦梁结构的构件和节点的种类、数量大大减少，这将极大地方便该类结构的制作、运输和施工。

此外，通过控制钢索的张拉力还可以消除部分施工误差，提高施工质量。

2.张弦梁结构的施工2.1张弦梁结构中索内预拉力的施加方法2.1.1花篮螺丝调节法是通过调节索在两个固定点间的长度来施加预拉力，一般用于施加较小预拉力的张弦梁结构。

2.1.2张拉钢索法是通过锚具和千斤顶直接张拉钢索以施加预拉力，一般有两端张拉和一端张拉两种方法。

两端张拉可以使预拉力沿索长的分布相对均匀，适用于跨度较大的结构。

2.1.3支承卸除法是利用结构自重或附加在结构上的配重来施加预拉力。

在结构安装后卸除支承，由于刚性结构的变形，将部分结构自重和配重传递给撑杆，通过撑杆对索施加拉力。

辐射式张弦梁结构自振特性和地震响应分析
王秀丽;李晓飞;薛晓峰
【期刊名称】《空间结构》
【年(卷),期】2010()1
【摘要】辐射式张弦梁结构是一种新型空间结构形式,具有结构受力合理、整体刚度大、造型美观、施工简单等优点.以该结构为研究对象,应用有限元方法对结构的频率和振型进行分析,运用时程分析法计算结构在地震作用下的地震响应,针对不同参数如矢跨比、垂跨比、撑杆数、斜索预应力值及不同地震波进行参数分析,得出了各参数对辐射式张弦梁结构地震响应的影响.计算结果表明,随着矢跨比和垂跨比的增大,辐射式张弦梁结构跨中竖向位移减小;而撑杆数目、索内预应力对结构影响不大.此外这种结构由于跨度大,因此对地震作用较为敏感.
【总页数】6页(P24-28)
【关键词】辐射式张弦梁结构;自振特性分析;地震响应;时程分析;ANSYS
【作者】王秀丽;李晓飞;薛晓峰
【作者单位】兰州理工大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.大跨度张弦桁架结构自振特性和地震响应分析 [J], 石启印;蔡永刚;李爱群
2.辐射式张弦桁架结构的自振特性分析 [J], 朱彦鹏;穆宇亮;谭坚贞
3.考虑风与结构耦合作用的张弦梁结构风振响应分析 [J], 王秀丽;常文兵
4.辐射式张弦梁结构的地震响应及参数分析 [J], 李晓飞;刘丽霞;薛晓峰;王秀丽
5.张弦网壳结构的自振特性及地震响应分析 [J], 孔丹丹;张海霞;赵欣
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张弦梁结构的探讨下面是本店铺给大家带来关于张弦梁结构的相关内容，以供参考。

0引言张弦梁结构最早是由日本大学M.Saitoh教授提出，是一种区别于传统结构的新型杂交屋盖体系。

张弦梁结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成的混合结构体系，其结构组成是一种新型自平衡体系，是一种大跨度预应力空间结构体系，也是混合结构体系发展中的一个比较成功的创造。

张弦梁结构体系简单、受力明确、结构形式多样、充分发挥了刚柔两种材料的优势，并且制造、运输、施工简捷方便，因此具有良好的应用前景。

本文就张弦梁结构的分类，受力机理，张弦梁结构的找形分析，用有限元分析总结了撑杆数目、垂跨比、高跨比、拱的惯性矩、弦的预应力等对张弦梁结构的受力性能的影响，以及结构的稳定性分析。

1、张弦梁结构的受力机理和分类1.1、张弦梁结构的受力机理目前，普遍认为张弦梁结构的受力机理为通过在下弦拉索中施加预应力使上弦压弯构件产生反挠度，结构在荷载作用下的最终挠度得以减少，而撑杆对上弦的压弯构件提供弹性支撑，改善结构的受力性能。

一般上弦的压弯构件采用拱梁或桁架拱，在荷载作用下拱的水平推力由下弦的抗拉构件承受，减轻拱对支座产生的负担，减少滑动支座的水平位移。

由此可见，张弦梁结构可充分发挥高强索的强抗拉性能改善整体结构受力性能，使压弯构件和抗拉构件取长补短，协同工作，达到自平衡，充分发挥了每种结构材料的作用。

所以，张弦梁结构在充分发挥索的受拉性能的同时，由于具有抗压抗弯能力的桁架或拱而使体系的刚度和稳定性大为加强。

并且由于张弦梁结构是一种自平衡体系，使得支撑结构的受力大为减少。

如果在施工过程中适当的分级施加预拉力和分级加载，将有可能使得张弦梁结构对支撑结构的作用力减少的最小限度。

1.2、张弦梁结构的分类张弦梁结构按受力特点可以分为平面张弦梁结构和空间张弦梁结构。

平面张弦梁结构是指其结构构件位于同一平面内，且以平面内受力为主的张弦梁结构。

平面张弦梁结构根据上弦构件的形状可以分为三种基本形式：直线型张弦梁、拱形张弦梁、人字型张弦梁结构，。

双层弦张弦梁结构的动力特性及动力响应研究的开题报告
题目：双层弦张弦梁结构的动力特性及动力响应研究
研究背景和意义：
弦张弦梁结构是一种常见的桥梁结构，在桥梁工程领域得到广泛应用。

双层弦张弦梁结构是对传统弦张弦梁结构的一种改进，可以更好地适应大跨径桥梁的需要，同时具有较好的结构稳定性和动力特性。

随着桥梁结构的不断发展和人们对桥梁安全性的要求不断提高，对双层弦张弦梁结构的动力特性和动力响应等方面进行研究，具有重要的现实意义和理论价值。

研究内容和方法：
本研究将以双层弦张弦梁结构为研究对象，通过建立数学模型、进行理论分析和数值计算，探究其动力特性和动力响应规律，具体研究内容包括但不限于以下方面：
1. 建立双层弦张弦梁结构的动力学模型，分析其动力特性；
2. 分析双层弦张弦梁结构在自然振动下的模态频率和模态形状；
3. 研究双层弦张弦梁结构在外部荷载作用下的动力响应规律，包括加速度、振幅等；
4. 探究外部荷载对双层弦张弦梁结构的破坏机理和影响规律。

研究计划和进程：
1. 文献调研与分析（已完成）；
2. 建立数学模型（进行中）；
3. 完成理论分析；
4. 进行数值计算；
5. 分析计算结果；
6. 撰写研究报告。

预期研究成果：
1. 深入理解双层弦张弦梁结构的动力特性和动力响应规律；
2. 揭示外部荷载对双层弦张弦梁结构的影响机理和破坏规律；
3. 为双层弦张弦梁结构的设计和施工提供科学依据和理论支持；
4. 在学术上具有一定的创新性和实用性，可为相关领域的研究提供参考和借鉴。

张弦梁结构的力学性能与稳定性分析研究1. 引言张弦梁是一种常见的结构形式，广泛应用于桥梁、塔楼等工程中。

本文旨在对张弦梁结构的力学性能与稳定性进行分析研究，以进一步了解该结构的强度与稳定性特征，并为工程实践提供科学依据。

2. 张弦梁结构的基本原理和构造张弦梁结构由主梁、张弦和斜拉索组成。

主梁是承载荷载的主要组成部分，张弦与主梁相连，通过斜拉索提供附加支撑。

这种结构形式可以达到较大跨度和高度比的设计要求。

3. 张弦梁结构的力学性能分析3.1 荷载分析张弦梁结构在使用过程中面临各种外部荷载，包括静载、动载、地震荷载等。

首先，需要对梁的受力情况进行分析，确定梁的内力分布。

可以通过静力学方法，应用受力平衡原理和材料力学原理，计算各部位的应力和变形。

3.2 强度分析对张弦梁结构的强度进行分析是确保结构安全可靠的关键。

根据材料强度、截面形状和外部荷载等因素，应用弹性力学理论，计算结构的极限强度和工作强度，并与设计要求进行对比。

3.3 稳定性分析张弦梁结构在受到外力作用时可能发生稳定性问题，如侧向位移、局部失稳等。

通过建立数学模型和应用结构力学理论，分析结构的稳定性特征，计算关键部位的屈曲承载力和临界荷载。

可以采用能量法、强度准则和稳定性分析方法，评估结构的稳定性。

4. 参数化分析与优化设计在上述力学性能和稳定性分析基础上，可以进行参数化分析和优化设计。

通过改变结构参数，如梁的高度、张弦的刚度和斜拉索的角度等，评估和改善结构的性能。

可以通过数值模拟和优化算法，寻找结构的最优设计方案。

5. 现实工程应用和实例分析本文还可以通过案例分析，介绍张弦梁结构在实际工程中的应用。

根据不同的工程要求和地理环境条件，讨论结构的选型、设计和施工问题，并结合实际情况对结构的力学性能和稳定性进行评估。

6. 结论通过对张弦梁结构的力学性能与稳定性的研究分析，可以更全面地了解该结构的特点和行为规律。

在工程实践中，应对该结构进行合理的设计，满足力学性能和稳定性要求。

张弦梁结构在地震工程中的性能研究及加固技术引言：地震是一种常见的自然灾害，对建筑物的破坏性很大。

为了增加建筑物在地震中的抗震性能，工程师们一直在探索各种加固技术和结构类型。

本文将重点研究张弦梁结构在地震工程中的性能研究以及加固技术。

1. 张弦梁结构的原理和特点：张弦梁结构是一种由多个张拉钢索和梁体组成的支撑系统。

它的特点是具有较高的刚度和抗震性能，并且在地震荷载下具有良好的延性。

张弦梁结构通过张拉钢索来增加结构的刚度和强度，同时还能够有效地吸收地震能量。

这种结构的抗震性能较好，因为它能够减小地震荷载对结构的影响，从而减小破坏的可能性。

2. 张弦梁结构的性能研究：为了研究张弦梁结构在地震中的性能，许多研究人员进行了大量的实验和数值模拟。

这些研究主要关注以下几个方面：2.1 结构的刚度和强度：通过实验和数值模拟，研究人员发现张弦梁结构具有较高的刚度和强度。

在地震中，它能够承受较大的地震力，从而减小结构的位移和变形。

2.2 结构的延性：张弦梁结构的延性是指结构在地震中能够产生较大的变形而不会失去稳定性。

通过试验和数值模拟研究，可以得出张弦梁结构具有较好的延性，能够有效地吸收地震能量，减小地震荷载对结构造成的破坏。

2.3 结构的动力响应：研究人员通过地震振动台试验等方法，分析了张弦梁结构在地震中的动力响应。

实验结果表明，结构的位移响应和加速度响应较小，说明结构能够有效地减小地震荷载对结构的影响。

3. 张弦梁结构的加固技术：为了进一步提高张弦梁结构的抗震性能，研究人员开展了多种加固技术的研究。

以下是一些常见的加固技术：3.1 钢索张拉加固：通过增加钢索的张拉力来增加结构的刚度和强度，从而提高结构的抗震性能。

此外，钢索还能够增加结构的延性，并提供额外的耗能能力。

3.2 线性摩擦阻尼器加固：利用摩擦力提供阻尼作用，可以减小结构的位移响应。

这种加固技术能够显著提高结构的抗震性能，并减小地震荷载对结构的影响。

3.3 钢筋混凝土加固：通过在梁体中增加钢筋和混凝土来增加结构的刚度和强度，提高结构的抗震性能。