论文部分内容阅读
随着大跨钢结构的不断发展，新型结构形式层出不穷。多重拉索装配式拱结构结合了索和拱两种受力构件，拱为加工成弧形的方钢管，拱片间通过插接式节点相连，在相间节点间设有一道拉索，形成了多重拉索共同作用的整体结构。本文对该结构施工成形过程进行了模拟分析，并以一榀12m拱架为例进行了足尺试验研究，并且对关系预应力张拉及影响结构破坏形式的插接式节点进行了受力性能分析和试验研究，提出了半刚性简化的方法，同时对该结构的各索预应力进行了优化以期达到更好的工作状态，实现更高的安全储备。本文完成的工作主要如下： 1)针对多重拉索装配式拱结构独特的施工成形方式对施工模拟造成的困难，提出了一种改进的生死单元技术，依靠控制部分悬臂杆件空载，防止了死单元“漂移”引起的有限元求解不收敛问题；通过旋转角度解决了结构初始状态与设计状态差异较大引起的建模困难，成功地对该结构成形全过程进行了模拟，揭示了其在施工过程中的受力机理。 2)在对该结构施工成形中受力情况全面认识的基础上，设计了跨度为12m的多重拉索装配式拱架成形过程足尺试验，通过试验详细研究了该结构在张拉成形中的成形规律、变形特点以及受力特点，并将试验结果和理论结果进行了对比分析，进一步验证了理论分析的可靠性，探讨了多重拉索装配式拱架设计及施工中应注意的问题。 3)针对目前插接式结构设计中对节点半刚性性能考虑不足的现状，通过有限元分析对该结构的插接式节点进行了参数影响分析，揭示了承载力随摩擦系数、插接长度变化的规律。提出通过抗弯刚度的等效简化节点管为直杆单元的方法，具有较强的操作性和适用性。 4)对多重拉索装配式拱架插接式节点在弯矩和轴力共同作用下的受力性能进行了试验研究，观察试验现象、总结破坏规律，并与理论模拟进行了对比，较好地验证了数值模拟。 5)多重拉索装配式拱架的施工过程是通过多次预应力的张拉实现的，预应力过大往往需要对拱架杆件进行加强，预应力过小可能会造成索的松弛，而且索力的张拉过程直接关系到结构的最终状态，因此对结构的优化是必要且重要的。以一榀12m拱架为例，以施工终态位形与设计位形一致、受力限值符合材料要求和正常使用状态下索不松弛为原则，采用ANSYS一阶优化方法对该结构预应力进行了优化，给出了合理的索力配置，提出了预应力优化的建议。