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广州国际会展中心张弦桁架竖向刚度性能

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收稿日期:2002212223　作者简介:孙文波(1969-),男,博士,高级工程师,主要从事大跨度钢结构的设计研究1文章编号:10002565X(2003)1120033204

广州国际会展中心张弦桁架竖向刚度性能

孙文波1　杨叔庸1　陈荣毅2

(1.华南理工大学建筑设计研究院,广东广州510640;

2.广州地区建设工程质量安全监督站,广东广州510030)

摘　要:介绍了张弦圆管桁架结构在广州国际会展中心工程中的应用,对圆钢管冷弯成

型后钢材性能的变化进行了试验研究.通过对36组试件的拉伸试验结果进行的统计,得

出了可直接应用于设计的考虑圆钢管钢材冷弯效应的拟合公式,并采用该拟合公式对张

弦圆管桁架结构的竖向刚度性能进行了研究.计算和实测的结果具有良好的吻合程度,均

表明了冷弯加工后圆钢管弦杆的刚度有了较大的衰退,从而导致了结构整体刚度的衰退.关键词:张弦桁架结构;刚度;冷弯钢管

中图分类号:TU393.3 文献标识码:A

张弦梁(桁架)结构由拱形梁(桁架)、弦及撑杆组

合而成,为平面承力结构,它发挥了钢索抗拉强度高

和拱形结构抗压性能良好的特点,受力合理,适用于

很大跨度的结构[1].广州国际会展中心位于广州市海珠区琶洲岛,博

览区占地面积38×105m2,北临珠江,西连华南快速干线、南新港东路等交通主干道,是广州市21世纪的

标志性建筑.上部结构由钢筋混凝土框架和钢结构屋

盖两部分组成.主展览厅的竖向受力结构形式为张弦

圆管桁架结构,如图1所示,跨度为126.6m,是目前

国内跨度最大的张弦桁架,一端为固定支座,另一端

为水平滑动支座,结构计算简图如图2所示.所有桁

架杆件均采用圆钢管,节点均为空间相贯节点,钢材

采用Q345B,其中圆管桁架的上下弦杆均为经过数控

冷弯机组弯制成形的圆钢管[2].

1　冷弯钢管的概念性刚度试验简介

针对广州国际会展中心采用的曲线形圆钢管桁

架结构,

由华南理工大学建筑设计研究院和同济大图1　张弦桁架轴测示意图Fig.1　Spacegeometrydiagramoftruss2stringstructure

图2　张弦桁架计算简图Fig.2　Calculatingdiagramoftruss2stringstructure

学建筑工程系联合完成了关于冷弯圆钢管的弹性模

量的概念性刚度试验研究.试验材料为Q345B,钢

管型号为Φ219mm×14mm,钢管冷弯的曲率半径

分3组,分别为300m,200m和100m,如图3所

示.同一种试验组合条件下的试件选取上部加工受

拉区和下部加工受压区的各3组试样,如图4所示,共完成36组试样.华南理工大学学报(自然科学版)第31卷第11期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.31　No.112003年11月(NaturalScienceEdition)November　2003

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.

图3　不同半径冷弯曲杆示意图Fig.3　Schematicdiagramofcold2bendedchordswithdifferentradius

图4　取样部位示意图Fig.4　Schematicdiagramofsamplingposition 根据《金属拉伸试验试样(GB6397—86)》和《金属拉伸试验方法(GB228—87)》的规定对试件进行

的拉伸试验表明,试件在拉伸过程中弹性模量始终

在不断地下降.在接近屈服强度时,其割线弹性模量

平均值降至仅1.00×105～1.29×105N/mm2,只有弹性模量初始平均值的50%左右.不同的取样部位

对弹性模量的影响规律不甚明显.典型的应力-应

变关系曲线如图5所示.

图5　典型应力-应变关系拟合曲线Fig.5　Typicalfittingcurveofstress2strain

该应力-应变关系曲线可以拟合为二次多项

式,并表达为

σ(ε)=-12・E0・β・ε2εy+E0・ε(1)

对式(1)中的ε进行一次微分,可以得出弹性模量在

拟弹性阶段的变化规律,表达为E(ε)=E0・(1-εεy)・β(2)

式中:E0为试件的初始弹性模量,可取1.90×105

N/mm2;ε为试件拟弹性阶段的应变;εy为试件屈

服点对应的应变值.对有试验资料的钢材可以按试

验值选取,对无试验资料的钢材可按规范取0.002;σ(ε)为试件对应于应变ε时的应力值;σy为试件屈

服点强度值;β为试件的弹性模量在拟弹性阶段的

总降低系数,通过36组试样的统计可取为0.30.

2　考虑冷弯效应的圆钢管刚度分析

根据材料力学的基本原理,一般的计算原则可

表达为如下3点:(1)材料为理想的弹性体;(2)平截面假定;(3)小变形假定.假定圆钢管横截面内的轴向弹性模量按一定的

规律分布且固定不变,圆钢管横截面半径为r,壁厚

为t,中性轴处的初始弹性模量为E,边缘处的初始

弹性模量为αE,如图6所示.

图6　环形截面弹性模量E分布图Fig.6　DistributiondiagramofEonannularsection 当正截面受弯时,即构件受纯弯矩Mz的作用,根据平截面假定,截面的应变分布情况如图7所示,那么,相应的应力分布为σ(y)=E(y)・ε(y).考虑到圆钢管截面的特性,将E(y),ε(y)表示成与θ有

关的极坐标形式,即为

ε(θ)=ε0・yr=ε0・sinθ(3)

　E(θ)=(α-1)y+rr・E=[(α-1)sinθ+1]・E

(4)则σ(θ)=[(α-1)sinθ+1]・E・ε0sinθ=

E・ε0・[(α-1)sin2θ+sinθ](5)则

M=2・∫π

0σ(θ)・r・dθ・t・y=

E・ε0・r2・t・[83(α-1)+π](6)34　华南理工大学学报(自然科学版)第31卷　

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.当正截面受轴心力N的作用,根据平截面假定,截

面的应变分布情况如图8所示,那么σ(θ)=E(θ)・ε0=[(α-1)sinθ+1]・E・ε0(7)则

N=2・∫π

0σ(θ)・r・dθ・t=

2・E・ε0・r・t・[2(α-1)+π](8)

图7　受弯时的应变分布示意图Fig.7　Diagramofstraindistributionwithmoment

图8　受轴力时的应变分布示意图Fig.8　Diagramofstraindistributionwithaxialforce 考虑到薄壁钢管的横截面仍有半径r和壁厚t两个参数,所以可以利用联立方程求出等效的薄壁

钢管横截面参数r′和t′,而该等效截面的弹性模量

仍为均匀的E值.具体过程如下:

r2・t・[83(α-1)+π]=r′2・t′・π

2・r・t・[2(α-1)+π]=2・r′・t′・π(9)

可得:

r′=r

・83(α-1)+π

2(α-1)+π

t′=t・[2(α-1)+π]2

[83(α-1)+π]・π(10)

求出r′和t′之后即可导入已有的通用程序进行结构

的整体分析.3　工程应用

考虑到实际工程的情况,本文对张弦圆管桁架

的张拉阶段进行了有限元分析.试验结果和式(1)、

(2)所表达的均为加工拉压边缘钢材弹性模量的变化情况,圆钢管截面中性轴处由于未经伸长或压缩,其弹性模量从理论上讲仍应维持标准的钢材弹性模

量不变.由于二者之间部分的加工变形是渐变的,故

前文所述的弹性模量直线分布型假定在相当程度上

被认为是可行的.同样地,弹性模量的变化随着受力

的变化表现出一定的非线性,整个张弦圆管桁架的

张拉过程亦表现出了相当程度的非线性特征.本文

的计算采用STRAND7.0通用有限元分程序,计算中不考虑结构非线性的因素,材料非线性因素对α

的影响采用人工迭代的方法计算.计算表明,经过

2～3次的迭代,α值误差很快就能收敛到3%以内,可满足工程要求.表1为某一榀桁架预应力张拉实

测结果与计算结果对照表.表1　单榀桁架预应力张拉实测结果与计算结果对照表Table1　Comparisonofmonitoringtensileresultswithcal2culatingresultsofsimpletruss

数据来源高端张拉力/kN低端张拉力/kN观测点1起拱位移/mm观测点2起拱位移/mm观测点3起拱位移/mm桁架水平缩短量/mm实测值16671680213272221115均匀弹性模量计算值1697168012114410962

实测弹性模量计算值1697168020825719597

由表中可知,文中所述的计算方法与实测结果

具有良好的吻合程度.对广州国际会展中心张弦桁

架结构张拉过程进行的分析表明,与理想状态下具

有均匀的标准弹性模量计算结果相比,计算和实测

的结果均表明冷弯加工后的弦杆刚度有了较大的衰

退,从而导致了结构整体刚度的衰退.而大跨度钢结

构的设计有可能是由结构的刚度所控制的,因而在

其它类似工程的设计和施工过程中必须对此类现象

加以注意.

参考文献:

[1]　刘锡良,白正仙.

张弦梁结构受力性能的分析[J].钢结构,1998,13(4):4-8.[2]　孙文波.广州国际会展中心大跨度张弦梁的设计探讨[J].建筑结构,2002,32(2):54-561　第11期孙文波等:广州国际会展中心张弦桁架竖向刚度性能35　

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.StiffnessPerformanceofTruss2StringStructureofGuangzhou

InternationalConventionandExhibitionCenter

SunWen2bo1　YangShu2yong1　ChenRong2yi2

(1.ArchitectureDesignandResearchInstitute,SouthChinaUniv.ofTech.,Guangzhou510640,China;2.ConstructionEngineeringQualityandSafetySupervisionStationofGuangzhou,Guangzhou510030,China)

Abstract:Theapplicationofpipe2trussstringstructureinGuangzhouinternationalcoventionandexhibi2

tioncenterwasintroduced,andthechangeofmechanicalpropertiesofcoldorheat2bentsteelpipeswas

studied.Aseriesofexperimentsforbentsteelpipesandtheirmechanicalpropertieswereconducted.

Throughthetestingresultsof36setsofspecimens,afittingformulawaspresented,bywhichwasapplied

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张弦梁结构刚度参数分析与优化设计

张弦梁结构刚度参数分析与优化设计

张弦梁结构刚度参数分析与优化设计

蒋友宝;黄星星

【摘 要】Stiffness analysis and optimization were performed for beam

string structure ( BSS ) with the finite element method since it lacks

sufficient discussion on parameter analysis and optimization on stiffness in

current studies. Multiple models were built by varying the values of the

major parame-ters ( e. g. ratio of the bending stiffness of upper chord to

the axial stiffness of lower chord, ratio of the axial stiffness of upper chord

to that of lower chord, height-to-span ratio and cable area of lower chord)

of a beam string structure. The corresponding analysis was performed, and

the effects of the major parameters on the global vertical stiffness and the

suggestion on stiffness optimization were ob-tained. The results show that,

within the mentioned ranges of the parameters, the stiffness of BSS is

超大跨变截面倒三角管桁架张拉、卸载变形调控方法研究与运用

超大跨变截面倒三角管桁架张拉、卸载变形调控方法研究与运用

超大跨变截面倒三角管桁架张拉、卸载变形调控方法研究与运用

发布时间：2022-08-23T03:10:32.427Z 来源：《新型城镇化》2022年17期 作者： 李细涛 李威 牟信澄 刘永志 柴腾腾[导读] 随着国际经济与贸易的飞速发展，大型国际会展日益增加，应运而生的大型展馆数量也越来越多。

中国建筑第八工程局有限公司 上海 200000

摘要：大跨度空间倒三角桁架在其自重作用下不可避免的存在下扰变形，对其变形的调控显得尤为重要。本工程倒三角管桁架跨度119.5米，其变形主要是在脱胎卸载后桁架在自重作用下的下扰变形。为了使其扰度值在结构安全范围内和达到结构设计状态，采用MidasGen Ver. 2020建立结构模型进行数值模拟，为管桁架张拉施工提供依据，通过预应力钢绞线张拉技术，结合全天候结构健康监测技术和全站仪实测实量对桁架施工全过程行监测，及时对桁架变形进行调控。

关键词：管桁架；张拉；卸载；数值模拟；变形调控

一、前言

随着国际经济与贸易的飞速发展，大型国际会展日益增加，应运而生的大型展馆数量也越来越多。展馆屋盖结构形式的发展，经历了从普通钢筋混凝土梁板结构到钢结构(网架、桁架)的发展历程。大跨度钢结构因其突出的优点已逐渐成为展馆屋盖主要的结构形式，而在大跨度空间钢结构中预应力钢结构因其良好的受力性能而备受青睐[1]。目前，针对空间钢结构从设计、数值模拟到施工已有部分研究，文献[2] 通过对矢跨比、拉索数量、预应力度等三个参数进行了对比分析 ,确定了广州国际会议展览中心展览大厅钢屋盖的126.6m跨度的预应力张弦立体桁架钢结构最终结构分析模型；文献[3-5]通过建立结构数值模型并对施工全过程进行模拟分析，为实际施工过程提供依据；文献[6-7]对预应力张拉施工技术的难点和要点进行了研究，并提出了相应的对策。

二、工程概况

广交会展馆四期展馆扩建项目展厅屋盖钢结构共包括4个展厅，每个展厅6榀倒三角管桁架，共计24榀管桁架，每三榀桁架作为一个滑移单元，总计8个滑移单元。各展厅设置独立的屋盖钢结构，采用带预应力的倒三角形立体管桁架体系。主桁架最大跨度119.5m，桁架高度3～7.4m。弦杆截面为700mm*30mm。两端支承于下部混凝土柱，一侧采用固定铰支座的连接方式，另一侧采用单向滑动铰支座（沿跨度方向）的连接方式。单个展厅屋盖见下图1所示。

张弦梁结构非线性地震响应分析

张弦梁结构非线性地震响应分析

■建筑结构　福建建设科技２０１１．Ｎｏ．５　２１　

张弦梁结构非线性地震响应分析　

黄颖（福建交通职业技术学院土建系福建福州　３５０００７）　

［摘要］本文以广州国际会展中心单向空间张弦梁结构这一典型张弦梁结构为计算分析算例，应用大型有限元软件ＡＮ—　

ＳＹＳ对张弦梁结构的地震响应进行了空间非线性时程反应分析，探讨了张弦梁结构在两种不同地震波作用下竖向地震和水平地　

震响应，得到结构的动位移响应和动内力响应时程曲线。总结出一些有意义的结论，供张弦梁结构的工程应用参考。　

［关键词］　张弦梁结构地震响应　时程分析　

Ｓｔｕｄｙ　Ｏｎ　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｒｅｓｐｏｎｓｅ　Ｏｆ　Ｔｈｅ　Ｂｅａｍ　Ｓｔｒｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｏｎｅ～ｗａｙ　ｂｅａｍ　ｓｔｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｖｅｎ—　

ｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ，ｌａｒｇｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＡＮＳＹＳ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｐａｃｅ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｔｉｍｅ－ｈｉｓｔｏｒｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｍ　ｓｔｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ．Ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ａｎｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｍ　ｓｔｒｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｕｎ—　

ｄｅｒ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｗａｖｅ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　

广州某大型会展中心钢结构安装施工方案

广州某大型会展中心钢结构安装施工方案

钢结构安装施工方案

1.安装方案综述

1. 1展览大厅屋盖钢结构由主桁架和上弦檩条、水平支撑及端部桁架等组成，分五个区间，每个区间有六榀主桁架。其中主桁架上部为呈倒三角形的钢管桁架，下

2. 部为双索张拉弦，上部三角形的钢管桁架和下部张拉弦之间有腹杆顶撑，共同组成张弦桁架，两端搁置在砼结构上，总体形象呈鱼腹状，跨中高度达13m，其主要杆件由Φ457、Φ480、Φ325、Φ273、Φ168、Φ114等钢管和单根张拉索组成，最高安装高度约为40m。展览大厅屋盖钢结构的安装难度是本工程之最，安装时应考虑室内砼结构已全部完成，大型机械无法进入跨内进行安装屋盖，我们进行方案比较后，择优选用了“主桁架地面拼装，节间跨端组装，区间整体同步牵引平移到位”的施工方法。

1.2珠江散步道屋盖钢结构由主桁架和上弦檩条、斜柱及端部桁架等组成，其中主桁架上部为呈倒三角形的钢管桁架，一端搁置在砼结构上，一端搁置在斜柱上，桁架高度2m，整体看，屋顶桁架与斜柱构成一个巨型鱼尾。其主要杆件由Φ457、Φ406、Φ219、Φ168.3、等钢管组成，单榀桁架重量为25.2t，最高安装高度约为34m。珠江散步道屋盖钢结构安装时，室内砼结构已完成，重型履带起重机无法进入，可采用对结构较小影响的“构件轨道台车运输，轨道行走式塔吊安装”的施工方案。

1.3卡车通道屋盖钢架位于A轴线外侧，由抛物线型主梁和支撑构成，安装高度32m，抛物线型大梁截面为BH-1200×400×20×25和BH-1200×400×20×28二种，重约23t，次梁有BH600×200×6×8钢梁和BH200×100×5.5×8钢梁，支撑有Φ180、Φ159、Φ219等钢管和BOX-600×300×8×10钢梁做成。卡车通道屋盖钢架与展览大厅屋盖和珠江散步道屋盖构成一个整体，如果说展览大厅屋盖和珠江散步道屋盖分别是鱼腹和鱼尾的话，那么卡车通道屋盖就是这条跃出珠江的巨鲲的头部。根据现场实际情况，卡车通道屋盖钢结构我们采用“吊机跨外行走，主梁分两段制作、现场上下两节分别吊装，支撑散件安装”的施工方法。