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张弦梁结构的简介与应用领域张弦梁结构是一种常见的结构形式，广泛应用于建筑、桥梁、航空航天等领域。
它采用张力杆件和弦杆件相互协调配合，能够充分发挥杆件的力学性能，具有结构简单、刚度大、稳定性好等优点。
下面将从张弦梁结构的构造特点、力学原理以及应用领域等方面进行介绍。
一、构造特点1. 张弦梁结构采用张力杆件和弦杆件构成的三角形框架结构，弦杆经过受力分析确定处于受拉状态，力的作用方向沿着杆件的轴线方向。
2. 梁体通常由竖直放置的张弦杆件和水平放置的弦杆件组成，张弦杆件使梁体保持一定的刚度，弦杆件则负责承载外部荷载。
3. 张弦梁结构具有明显的自重，使得结构能够承受外部荷载并能够保持稳定。
二、力学原理1. 高刚度：张弦梁结构通过张力杆件使得结构具有较高的刚度，能够承受较大的荷载和外部力的作用，保持结构的稳定性。
2. 三角形框架：张弦梁结构中的三角形框架具有良好的刚度和稳定性，能够有效地将力传递到支撑结构上，使结构整体稳定。
3. 分力平衡：张弦梁结构中的梁体由张力杆件和弦杆件组成，通过力的平衡使得杆件处于受拉状态，从而保证结构的安全性。
三、应用领域1. 建筑领域：张弦梁结构广泛应用于各类建筑物的横梁、屋顶框架和大跨度建筑物的支撑结构等。
由于其结构简单、刚度大、施工快捷等优点，能够满足建筑物对强度和稳定性的要求。
2. 桥梁领域：张弦梁结构被广泛应用于桥梁的主梁和悬索桥等。
其具有较高的刚度和稳定性，能够承受车辆荷载并保持桥梁的稳定。
3. 航空航天领域：张弦梁结构也常用于航空航天器的外壳结构和机翼等部件。
由于其刚度大、密度低的特点，能够满足航空器对轻质、高强度结构的要求。
4. 体育场馆领域：张弦梁结构也常被应用于体育场馆的顶棚结构和悬挑结构等。
其结构简单、刚度大、施工快捷的特点能够满足大跨度体育场馆的建设需求。
综上所述，张弦梁结构作为一种常见的结构形式，在建筑、桥梁、航空航天、体育场馆等各个领域都有广泛的应用。
其结构简单、刚度大、稳定性好等优点使其成为一种重要的结构形式，为各类工程项目的设计和施工提供了可靠的支持。
张弦梁结构的结构特点与应用领域张弦梁结构是一种常见的结构形式，具有独特的结构特点和广泛的应用领域。
本文将对张弦梁结构的结构特点和应用领域进行详细介绍。
一、结构特点1. 建筑形式简洁：张弦梁结构通常采用一对张拉杆（弦索）构成，横跨在两个支点之间，形成一个平面框架结构，整体形式简洁、直观。
2. 受力合理均匀：张弦梁结构的弦索起到了主要的受压作用，通过张拉杆和支点的作用，使得受力分布均匀，具有抗变形的能力。
3. 自重轻巧：张弦梁结构所需的材料相对较少，以及其自重轻巧的特点，使得它在建筑和桥梁设计中具有一定的优势。
4. 抗震能力强：张弦梁结构的支点部分采用柔性设计，能够在地震等自然灾害中起到一定的减震效果，提高结构的安全性能。
5. 美观大方：张弦梁结构所具有的简洁外观和鲜明辨识度，使得它在城市建筑和景观设计中广泛应用。
二、应用领域1. 桥梁工程：张弦梁结构在桥梁工程中有着广泛的应用。
其自重轻、耐震性好的特性使得其适用于大跨度的桥梁设计，并且能够实现简洁美观的外观效果。
2. 大型体育场馆：张弦梁结构在大型体育场馆建筑中也被广泛采用。
其结构形式简洁、开放，能够提供更好的观赏性和视野。
3. 建筑物屋顶结构：张弦梁结构在建筑物的屋顶设计上也有广泛应用。
其自重轻、施工便捷的特点使得它成为大跨度屋面结构的首选。
4. 公共交通设施：张弦梁结构在公共交通设施的建设中也具有很高的应用价值。
例如，高速铁路、地铁站和机场候车厅等等都可以采用张弦梁结构。
总的来说，张弦梁结构凭借其简洁、美观、自重轻、耐震性强的特点，在桥梁工程、大型体育场馆、建筑物屋顶结构以及公共交通设施等领域中得到了广泛应用。
随着技术和材料的不断进步，张弦梁结构将继续发展，并在更多领域中展现其优势和潜力。
张弦梁结构
张弦梁结构是一种常见的桥梁结构。
它由拉索、张弦和梁组成。
梁支承在两端，并通过张弦承受纵向受力。
张弦则通过拉索和钢索与桥墩相连，从而固定在桥墩上。
这种结构的主要优点是可以在大跨度桥梁中使用，而且重量轻、刚度高、承载能力强，因此被广泛应用于现代桥梁建设中。
张弦梁结构的主要特点是具有高刚度和高承载能力，这是由其结构特性决定的。
梁体在受力时不会发生弯曲变形，而是通过张弦受力，从而实现了对跨度的支撑。
同时，由于梁体的重量轻，这种结构可以实现对更大跨度的桥梁进行支撑。
张弦梁结构的设计和施工需要考虑多种因素，如桥梁的跨度、纵向受力、梁体的强度等。
这种结构需要选择优质的材料，如高强度钢、混凝土等，并对其进行精确的计算和设计。
同时，施工过程中也需要精确的测量和调整，以确保结构的稳定和安全。
总的来说，张弦梁结构是一种高效、可靠的桥梁建设方案。
它不仅可以实现对大跨度桥梁的支撑，而且具有较小的自重和较高的承载能力，因此被广泛应用于现代桥梁建设中。
多向张弦梁结构的结构优化与设计方法研究简介:多向张弦梁结构是一种常用的结构形式，具有轻量化、高刚度和高强度等优点，广泛应用于桥梁、建筑和航空航天等领域。
然而，由于结构复杂性和受力特点的多样性，多向张弦梁结构的结构优化与设计方法研究仍然具有挑战性。
本研究将重点探讨多向张弦梁结构的结构优化与设计方法，为实际工程中对该结构的设计和优化提供理论依据。
一、多向张弦梁结构的受力分析多向张弦梁结构的受力分析是结构优化与设计的前提，对于确保结构稳定性和可靠性具有重要意义。
首先，需要进行结构的载荷分析，包括静力分析和动力分析。
通过对结构在不同工况下的受力分析，确定结构在受力过程中的响应和性能。
二、多向张弦梁结构的参数优化方法多向张弦梁结构的参数优化是实现结构性能提升的重要途径。
参数优化的目标是通过调整结构的几何形状和材料参数等，使结构在给定的约束条件下，达到最佳的性能指标。
常见的参数优化方法有遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
这些算法可以帮助工程师在设计过程中对结构进行快速优化，提高工程效率。
三、多向张弦梁结构的拓扑优化方法拓扑优化是指在保持结构刚度和强度的前提下，通过最小化结构的材料使用量，以实现结构轻量化的设计方法。
对于多向张弦梁结构而言，采用拓扑优化可以有效降低结构的重量，并提高结构的性能。
拓扑优化方法包括密度法、参数法和元胞自动机法等。
这些方法以材料分布的密度或变量作为优化变量，通过迭代计算，找到最优的材料分布形式。
四、多向张弦梁结构的静态和动态特性研究多向张弦梁结构的静态和动态特性研究对于结构的优化设计非常重要。
静态特性研究主要包括结构的刚度、挠度和应力等。
动态特性研究则是研究结构在外界激励下的响应，并考虑结构的自振特性。
通过静态和动态特性的分析，可以评估结构的性能以及其受力情况，并进行相应的优化设计。
总结:以上是对多向张弦梁结构的结构优化与设计方法的研究。
通过对结构的受力分析、参数优化方法的应用、拓扑优化方法的研究以及静态和动态特性的分析，可以得到最优的设计方案。
张弦梁结构的基本原理与设计要点分析张弦梁结构是一种常见的桥梁结构形式，具有较好的承载能力和刚性，被广泛应用于高速公路、铁路、城市桥梁等工程中。
本文将对张弦梁结构的基本原理进行分析，并探讨其设计要点，以便提供设计师和研究人员在相关工程中的指导和借鉴。
1. 张弦梁结构的基本原理张弦梁结构是由上下平行的主梁构成的，主梁上下各有一根或多根张弦，通过顶部的挖土或拱的形式将张弦与主梁相连接。
张弦部分处于受拉状态，能够承受外界荷载并传递到主梁上，主梁则处于受压状态，形成一个整体的结构。
张弦梁结构的优点是结构简单、材料利用率高、刚度大、施工方便等。
2. 设计要点（1）荷载分析：在设计张弦梁结构时，必须充分考虑各种荷载情况，包括静力荷载、动力荷载以及温度荷载等。
合理的荷载分析是设计安全可靠的关键。
（2）梁体设计：主梁的横截面设计直接影响到整个结构的受力性能，因此需要在设计中充分考虑梁体的刚度和强度。
根据梁体的跨度和荷载情况，选择合适的梁体材料和梁体形状，以保证梁体在工作状态下的稳定性和可靠性。
（3）张弦设计：张弦的设计要根据桥梁的跨度和荷载情况来确定。
首先需要确定张弦的数量和布置方式，然后通过计算确定张弦的截面形状和尺寸，以及张弦与主梁的连接方式。
在设计过程中，需要充分考虑材料强度、变形、疲劳等因素，以保证张弦在工作状态下的可靠性。
（4）支座设计：张弦梁结构的支座设计是关键，支座的选择和布置直接影响到桥梁的稳定性和可靠性。
合理的支座设计应考虑桥梁的载荷特点、地基条件和建筑物结构特点等因素，以保证桥梁在使用寿命内不产生不均匀沉降和不平衡力。
（5）施工工艺：张弦梁结构的施工工艺也是设计过程中需要考虑的因素之一。
在施工过程中，必须遵循施工工艺规范，确保施工质量和施工安全。
合理的施工工艺可以提高施工效率，减少施工成本，保证结构的可靠性。
3. 经典案例分析为了更好地理解张弦梁结构的基本原理和设计要点，我们可以参考一些经典的案例。
张弦梁结构的定义和特征张弦梁结构是一种常用的工程结构形式，在桥梁、建筑物和机械设备等领域得到广泛应用。
它由张弦和纵向构件组成，具有独特的构造和力学特性。
本文将详细介绍张弦梁结构的定义、特征以及其在实际工程中的应用。
1. 张弦梁结构的定义张弦梁结构是由一条或多条张弦与纵向构件连接而成的结构形式。
其中，张弦是指材料在受到拉力作用时能够保持直线形状的构件，通常采用钢索、钢带或钢管等材料制作；纵向构件则是指连接在张弦两端，并承受桥面荷载的构件，通常采用钢梁、混凝土梁或钢板等材料制作。
张弦和纵向构件之间通过剪力连接件进行连接。
2. 张弦梁结构的特征（1）高刚度和轻质化：张弦梁结构由于张弦的作用，对桥梁或建筑物的刚度影响较大。
张弦的刚度较高，可以有效抵抗短期荷载和温度变化引起的变形。
另外，张弦梁结构的自重相对较轻，可以减小结构的荷载和地基的要求。
（2）抗弯承载能力优越：张弦梁结构的纵向构件负责承受梁桥的荷载和弯矩。
张弦在纵向构件两端形成剪力，通过剪力连接件传递至纵向构件，从而实现了较大跨度区间内的弯矩的有效传递，并能够提供优越的抗弯承载能力。
（3）灵活性和适应性：张弦梁结构可以灵活设计和适应不同的工程需要。
通过增加或调整张弦的数量和纵向构件的尺寸，可以实现不同跨度的桥梁或建筑物设计。
此外，张弦梁结构具有一定的调整空间，可应对工程中的变化和调整需求。
3. 张弦梁结构的应用张弦梁结构广泛应用于桥梁、建筑物和机械设备等领域。
在桥梁领域，由于张弦梁结构具有较大的跨度和较高的刚度，常用于跨越河流、山谷等大跨度桥梁的设计。
在建筑物领域，张弦梁结构常用于大跨度建筑物的屋盖结构，如体育馆、展览中心等。
此外，张弦梁结构也广泛应用于机械设备中的支撑结构和起重装置等。
总结：张弦梁结构是一种由张弦和纵向构件组成的桥梁、建筑物和机械设备结构形式。
它具有高刚度和轻质化、抗弯承载能力优越、灵活性和适应性等特征。
在实际工程中，张弦梁结构被广泛应用于大跨度桥梁、建筑物的屋盖结构以及机械设备的支撑结构和起重装置等。
张弦梁结构简介张弦梁结构是一种常见的桥梁结构形式，常用于中小跨径的公路桥梁。
它的设计理念源于古代中国工程师的智慧和创新。
它的独特设计使得张弦梁结构具有优异的承载能力和对抗自然灾害的能力。
下面将对张弦梁结构的构造原理、特点和应用进行简要介绍。
1. 构件构造原理张弦梁结构主要由上弦杆、下弦杆、横向构件和斜向构件组成。
上弦杆和下弦杆分别位于桥梁上下两侧，它们受到桥梁自重和活荷载的压力。
横向构件通常以腹板的形式存在，连接上下弦杆，能够有效地分担桥面荷载，增加整体刚度。
斜向构件起到加强桥梁的稳定性和支撑桁架结构的作用。
2. 结构特点2.1 高强度和刚度：张弦梁结构采用钢材或混凝土材料，具有高强度和刚度，能够承受大荷载以及抵抗风、雪等外力的作用。
2.2 自重轻：张弦梁结构相对其他桥梁结构来说自重较轻，这使得施工和运输更加方便，并减少了对桥墩的要求。
2.3 施工周期短：相比于一些其他桥梁结构，张弦梁结构的施工周期相对较短，因为它的构件较小、较轻，易于加工和组装。
2.4 灵活性：张弦梁结构具有一定的灵活性，能够适应不同的地质条件和桥梁跨度要求。
3. 应用领域3.1 公路桥梁：张弦梁结构广泛应用于公路交通的桥梁建设中，能够满足中小跨度桥梁的要求，如市政道路、农村公路等。
3.2 铁路桥梁：张弦梁结构也适用于一些低速铁路桥梁，能够承受铁路运营的荷载和要求。
3.3 步行桥：张弦梁结构也被广泛应用于步行桥和人行天桥的建设中，因为它的自重轻、施工周期短。
4. 实际案例4.1 郑州黄河大桥：位于中国中部城市郑州市的黄河大桥是张弦梁结构的典型代表。
该桥全长1502米，跨越黄河，为郑汴铁路和郑周高速公路提供了重要的交通连接。
4.2 南京长江大桥：南京长江大桥是世界上第一座大型张弦梁车桥，也是亚洲最长的桥梁之一。
该桥总长4730米，横跨长江，串联了南京市的两岸。
总结：张弦梁结构是一种具有优异承载能力和对抗自然灾害能力的桥梁结构。
其特点包括高强度和刚度、自重轻、施工周期短以及灵活性等。
张弦梁结构简介张弦梁结构是一种工程结构形式，通常用于桥梁、天桥、体育场馆等建筑物中。
它采用张力元件和弯曲元件的组合，能够在跨度较大的情况下提供稳定的支持。
以下是对张弦梁结构的简要介绍。
1. 结构原理：张弦梁结构的基本原理是通过弦杆（通常为索或钢缆）来传递横向荷载，而通过梁体（通常为混凝土梁或钢梁）来承受纵向荷载。
这种结构形式使得梁体在受力时能够更加高效地工作，适用于大跨度的建筑项目。
2. 张弦元件：张弦梁结构中的张弦元件通常为预应力混凝土、钢缆或钢索。
这些元件受到预应力的影响，能够有效地承受张拉力，使整个结构更加坚固和稳定。
3. 梁体元件：梁体元件是张弦梁结构中的另一个重要组成部分，它承受纵向的荷载，通过梁体将荷载传递到支座上。
梁体可以采用混凝土、钢或其他合适的材料，以满足工程设计和荷载要求。
4. 适用范围：张弦梁结构适用于跨度大、荷载要求高的建筑项目。
常见的应用领域包括：•桥梁：张弦梁结构常用于建造大跨度的桥梁，例如悬索桥和斜拉桥，以实现更好的结构性能和通行能力。
•体育场馆：用于搭建体育场馆的屋顶结构，提供大空间、无遮挡的观赛体验。
•天桥和人行桥：在城市景观设计中，张弦梁结构常用于横跨道路或河流的天桥，以创造美观且具有设计感的空间。
5. 优势：5.1 大跨度：张弦梁结构能够实现大跨度的设计，使得建筑能够在不增加支点的情况下跨越更大的空间。
5.2 结构轻量化：张弦梁结构采用轻量化的张弦元件，减轻了整体结构的自重，提高了结构的经济性。
5.3 美观性：由于张弦梁结构的特殊设计，其外观通常具有艺术性和美观性，适用于对建筑外观有要求的项目。
6. 工程实例：6.1 金沙湾大桥：金沙湾大桥是一座位于澳门的悬索桥，采用了张弦梁结构，横跨了珠江口，成为当地的标志性建筑之一。
6.2 鸟巢体育馆：北京国家体育场，通称“鸟巢”，其屋顶结构采用了张弦梁结构，为2008年北京奥运会提供了独特的建筑标志。
7. 挑战与注意事项：7.1 设计难度：大跨度建筑的设计需要考虑更多的因素，包括地质条件、气象条件等，增加了设计的难度。
张弦梁结构与传统结构的对比分析1. 引言张弦梁结构是一种用于桥梁和建筑结构中的新型结构形式，与传统结构相比具有许多独特的优势。
本文将对张弦梁结构与传统结构进行对比分析，从结构形式、力学行为、施工工艺、经济性等方面进行详细讨论。
2. 结构形式对比传统结构多为钢筋混凝土或钢结构，采用梁柱、桁架等形式，承重能力较强。
而张弦梁结构以张拉杆代替传统结构中的主要受压构件，具有较高的抗弯刚度和自重比。
张弦梁结构形式灵活多样，适应性强。
3. 力学行为对比张弦梁结构的力学行为与传统结构有明显差异。
传统结构承重主要靠梁柱的抗弯、抗剪能力，而张弦梁结构主要依靠张拉杆的抗拉能力。
张弦梁结构具有较好的刚度和延性，能够有效分担荷载，提高结构的稳定性。
4. 施工工艺对比传统结构施工相对复杂，需要进行现场浇筑、钢筋加工、焊接等工艺。
而张弦梁结构则采用预制构件，可以在离现场较远的工厂进行制作，降低了施工难度和工期。
张弦梁的安装也相对简便，可通过张力设备进行调整和加压。
5. 经济性对比从成本角度来看，传统结构的施工成本较高，需要进行大量的人工和材料投入。
而张弦梁结构的制作过程中采用标准化和模块化设计，大大降低了施工成本。
此外，张弦梁结构的轻量化设计可以减少基础工程投资，降低整体建造成本。
6. 应用领域对比传统结构主要应用于大型桥梁、高层建筑等工程，具有较强的承重能力和稳定性。
而张弦梁结构则适用于较小跨度的桥梁、体育场馆、舞台等场所，具有较高的经济性和灵活性。
7. 发展趋势展望张弦梁结构作为一种新型结构形式，在近年来得到了广泛应用和快速发展。
随着科技的进步和工程技术的不断完善，张弦梁结构将会在更多的领域得到应用，并逐步替代部分传统结构。
同时，设计师和工程师需要进一步研究和完善张弦梁结构的设计方法、施工工艺和动态特性分析，以提高结构的可靠性和安全性。
8. 结论通过对张弦梁结构与传统结构的对比分析，我们可以看出张弦梁结构具有众多优势，包括结构形式灵活、力学行为良好、施工工艺简便、经济性高等。
张弦梁结构分析与设计方法综述引言：张弦梁结构是一种应用广泛的结构组合形式，其以张力成员和弦作为重要组成部分，具有高强度、轻质、刚度高等特点，在桥梁、建筑、机械等领域得到了广泛应用。
本文将综述张弦梁结构的分析与设计方法，包括力学模型、静力学分析、稳定性计算、疲劳寿命估算以及优化设计等内容，旨在全面了解张弦梁结构的相关知识。
一、力学模型1. 直线张弦模型：直线张弦梁结构常用的简化模型，将梁中的张力布氏方程用一直线近似代替，便于力学计算。
2. 单薄壁梁模型：考虑材料屈服和应力分布的模型，通过壁厚设计并考虑弯矩和剪力的作用。
3. 弯曲张弦模型：在梁的轴向拉伸力作用下，受到弯曲力和剪切力的作用，通过使用弯矩和剪力的假设模型进行分析。
二、静力学分析1. 平衡方程法：根据平衡方程与边界条件建立方程组，通过求解方程组得到结构的受力情况。
2. 力法：采用合适的试验函数与外载荷模态进行叠加，通过力法求解出结构受力状态。
3. 有限元法：将结构离散成一系列简单的单元，通过有限元法计算单元间的相互作用，从而得到结构的受力分布和位移。
三、稳定性计算1. 欧拉稳定性方程：通过求解欧拉稳定性方程判断张弦梁结构的稳定性。
2. 极限荷载分析：通过模拟结构受到不同荷载作用下的反应，得出结构的极限承载能力。
3. 稳定性设计：在设计过程中对结构考虑适当的抗扭、抗剪刚度，以提高结构的稳定性。
四、疲劳寿命估算1. 疲劳分析：对结构的疲劳寿命进行分析，通过载荷频率和结构疲劳试验数据获得结构的疲劳寿命曲线。
2. 应力振幅法：通过在结构上施加不同幅值的周期应力，结合Wöhler曲线估算结构的疲劳寿命。
3. 应变能方法：通过计算应变能和弹性应变能准则，结合试验数据进行疲劳寿命评估。
五、优化设计1. 结构参数优化：通过改变结构截面尺寸、材料参数等来实现结构的优化设计，以满足一定的性能要求。
2. 拓扑优化：通过改变结构的连通性和形态来实现结构的优化设计，以实现最优的重量和刚度比例。
张弦梁结构的研究
张弦梁结构由于其自身承载能力高,结构变形小,为自平衡结构,稳定性好及建筑造型灵活等优点,在国内外的大跨度结构设计中得到广泛的应用。
就张弦梁结构的国内代表工程,形式与分类,结构性能与受力特性及找形分析进行概要阐述。
标签：张弦梁结构;结构性能;受力分析;找形
1 张弦梁结构在我国的代表工程
从20世纪90年代后期张弦梁结构在我国工程上首次应用于上海浦东国际机场航站楼的建设到2008年奥运会国家体育馆(双向张弦空间网格屋面结构)的建成,经历了30多年的发展。
迄今为止,主要的代表工程有三个,均采用平面张弦梁结构。
1.1 上海浦东国际机场航站楼
该结构工程由主楼,高架进厅和登记长廊三部分四跨组成大跨度钢屋盖结构支撑现浇混凝土多层框架结构。
主楼和高架进厅为连续三跨,屋架跨度由东向西分别为48米,80米和42米。
纵向长度为411.6米,下弦为高强度钢索的梭子形钢屋架高低搁置,低端支撑在混凝土框架大梁上,高端通过托架支撑在呈倾斜状态的钢柱上。
登机长廊跨度52米,屋架间距9米,主楼钢柱间设支撑索,长梁跨内设索群。
1.2 广州国际会展中心的屋盖结构
2002年建成,该屋盖张弦梁结构的一个重要特点是其上弦采用倒三角断面的钢管立体桁架。
跨度为126.6米,纵向间距为15米,下弦拉索采用高强度低松弛冷拔镀锌钢丝。
1.3 黑龙江国际会议展览体育中心主馆屋盖结构
该建筑中部由相同的35榀128米跨的预应力张弦桁架覆盖,桁架间间距为15米。
该工程张弦梁结构与广州国际会展中心的区别是拉索固定在桁架固定在桁架上弦节点,而没有固定在下弦支座处。
张弦梁的低端支座支撑在钢筋混凝土剪力墙上,高端支座下为人字形摇摆柱。
下线拉索采用冷拉镀锌钢丝。
2 张弦梁的形式与分类
张弦梁主要分为平面张弦梁结构与空间张弦梁结构。
前者是指结构位于同一平面内,且以平面受力为主的结构。
该结构又可分为直梁型张弦梁,拱形张弦梁和人字形张弦梁。
直线型张弦梁是通过拉索和撑杆提供弹性支撑,从而减小上弦构
件的弯矩。
该结构主要适用于楼板结构和小坡度屋面结构。
拱形张弦梁结构除了拉索和撑杆为上弦构件提供弹性支承,减小拱上弯矩的特点外,由于拉索张力可以与拱推力相抵消。
一方面,充分发挥可上弦拱的受力优势,另一方面,充分利用了拉索抗拉强度高的特点。
该结构主要适用于大跨度甚至超大跨度的屋盖结构。
人字形张弦梁结构主要用下弦拉索来抵消拱两端的推力,通常情况下,起拱较高。
该结构主要适用于跨度较小的双坡屋盖结构。
空间张弦梁结构以平面张弦梁结构为基本组成单元,通过不同形式的空间布置所形成的以空间首例为主的张弦梁结构。
空间张弦梁结构可以分为单向张弦梁结构,双向张弦梁结构,多向张弦梁结构,辐射式张弦梁结构。
单向张弦梁结构主要适用于矩形平面的屋盖。
双向张弦梁适用于矩形,圆形及椭圆形等多种平面的屋盖。
多向张弦梁结构主要适用于圆形和多边形平面的屋盖。
辐射式张弦梁结构主要适用于圆形或椭圆形平面的屋盖。
3 张弦梁结构的结构性能与受力特性
3.1 结构性能
如果排除拉索超张拉在结构产生的预应力,平面张弦梁结构的受力特性与简支梁的受力特性相同。
从截面内力情况来看,张弦梁结构与简支梁一样需要承受整体弯矩和剪力效应。
根据截面内力平衡关系可知,张弦梁结构在竖向荷载作用下的整体弯矩由上弦构件的压力和下弦拉索的拉力所形成的等效力矩来承担。
由于张弦梁结构中通常只布置竖向撑杆,从两根竖向撑杆之间截面内力平衡关系来看,其整体剪力基本上由上弦构件承担。
因此,上弦构件除了承受整体弯矩效应产生的压力外,还承受剪力以及剪力产生的局部弯矩效应。
3.2 受力特性
对于张弦梁的受力特性一般存在四种不同的理解。
普遍认为,张弦梁结构通过张拉下弦高强度拉索使得撑杆产生向上的力,导致上弦构件产生与外荷载作用下相反的内力和变形,从而降低上弦构件的内力,减小结构的变形。
另一种理解是认为张弦梁结构是在双层悬索体系中索桁架基础上,将上弦索替换成刚性构件产生。
这样处理的好处是由于上弦刚性构件可以承受弯矩和压力,一方面可以提高桁架的刚度,另一方面,结构中构件内力可以在其内部平衡(自相平衡体系)而不需要支撑系统的反力来维持。
第三种理解是将张弦梁结构看做为拉索替换常规平面桁架结构的受拉下弦而产生的结构体系。
这种替换的优点是桁架的下弦拉力不仅可以由高强度拉索来承担,更为重要的是可以通过张拉拉索在结构中产生预应力,从而达到改善结构受力性能的目的。
还有一种理解是将张弦梁结构看作为体外布索的预应力梁或桁架,通过预应力来改善结构的受力性能。
4 张弦梁结构的找形分析
所谓的找形分析就是传统力学问题的逆问题,它是要求满足平衡条件的形状而不是满足变形协调条件的平衡,即以几何零状态为基础对预应力态和加载态进行形状判定和力判定,确定施加预应力以后结构的几何位形及内力分布。
文献提出了逆迭代法经行张弦梁的找形。
逆迭代法实际上是一种非常自然的思路:既然设计蓝图上的张弦梁几何尺寸是初状态(预应力张拉完毕时结构的状态)的尺寸,那么就可以以此初状态尺寸为近似零状态尺寸建立有限元模型,然后对其施加预应力(预应力值按设计要求)进行张拉,得到近似初状态。
然后将此近似初状态的几何尺寸与设计图中真正的初状态的几何尺寸的差值反向增加到原有限元模型的节点坐标上,作为近似初状态重新建模,并再次进行张拉,如此循环迭代,直到近似初状态与初状态的坐标差值足够小,即可视此近似初状态为初状态,而由之张拉而来的近似零状态为要求的零状态。
如此既可得到零状态几何尺寸(施工人员据此放样),又可得到初状态的内力、应力分布,从而完成找形工作。
实践证明,只需进行次数不多的迭代,就可达到足够的找形计算精度。
由于逆迭代法需要多次的非线性迭代及试算,要求有一定的计算经验,才能减少试算次数。
并且,在这种方法中以固定的力来代替结构中的索,结构的刚度并未考虑索的贡献。
找形结束后,模型不能直接应用于结构的后续荷载分析。
文献应用了ANSYS基于逆迭代法的原理对一榀单向张弦梁进行找形。
该方法适用于上部为型钢梁的平面张弦梁结构,要求结构具有对称性。
实际上,上弦梁的形式通常是立体桁架。
在桁架中由于斜腹杆的存在使结构产生不对称的位移。
当应用ANSYS中的UPGEOM命令时,将使变形误差得到积累,而给下一次的计算增加了结构的初始变形缺陷,在非线性计算时结构将由于失稳而停止,计算过程中仍然需要重新建立模型;计算中依然以力代索,没有考虑索的刚度,模型不能直接应用于后续分析。
非线性有限元法基本过程:以施加预应力前的结构的位形为初始位形,设定拉索中的预应力。
此时,结构的初始位形不能满足结构的平衡条件,于是在节点处产生了不平衡的力,在该不平衡力的作用下,结构产生位移,从而得到结构新的位形。
经过多次迭代计算,节点不平衡力趋近与零,结构达到平衡状态,以此时结构的几何位形及内力分布为基础,进行静力,动力和非线性屈曲分析。
5 结语
目前对于张弦梁结构设计中的选型,受力性能,结构性能,预应力设置及找形分析等方面的研究比较成熟。
然而,对于张弦梁结构的抗风设计及抗震设计还有待研究。
由于本文讨论的基本上是单榀平面张弦梁结构,此外,对于空间张弦梁结构比如空间双向、多向张弦梁结构、辐射式张弦梁结构其受力性能,有待更进一步的分析和研究。
参考文献
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