摘要：張弦梁結(jié)構(gòu)是將上弦剛性受壓實(shí)腹梁通過(guò)撐桿與下弦拉索組合在一起形成自平衡的受力體系，是一種大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系。其廣泛應(yīng)用在拱形屋蓋體系中。該結(jié)構(gòu)具有拉索和撐桿為上弦構(gòu)件提供彈性支撐以減小拱上彎矩的特點(diǎn)，拉索張力與拱推力相抵消，既發(fā)揮了上弦拱的受力優(yōu)勢(shì)又充分利用了拉索抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，
　　關(guān)鍵詞：張弦梁結(jié)構(gòu)；自平衡受力體系；初始狀態(tài)；拉索張拉控制
　　前言
　　張弦梁結(jié)構(gòu)是將上弦剛性受壓實(shí)腹梁通過(guò)撐桿與下弦拉索組合在一起形成自平衡的受力體系，是一種大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系。其廣泛應(yīng)用在拱形屋蓋體系中。
　　網(wǎng)球館新建訓(xùn)練館新館鋼結(jié)構(gòu)部分平面尺寸82.5mx37.81m，兩側(cè)為兩榀排架柱鋼柱截面形式為HN700型鋼，柱距6米，兩側(cè)排架柱橫向設(shè)置聯(lián)系鋼梁，砌體填充墻結(jié)構(gòu)，柱頂標(biāo)高15.700m，屋蓋建筑設(shè)計(jì)采用拱形屋蓋，矢高4米。
　　屋蓋結(jié)構(gòu)在方案論證階段，考慮了幾種設(shè)計(jì)形式。第一種方案屋蓋采用圓柱面殼結(jié)構(gòu)，柱面殼與兩側(cè)排架柱跨度方向能夠自由滑動(dòng)，該方案因用鋼量大，柱面殼水平位移過(guò)大而被否定。第二種方案屋蓋仍采用圓柱面殼結(jié)構(gòu)，柱面殼與兩側(cè)排架柱跨度方向鉸接連接，該方案拱形網(wǎng)架屋蓋對(duì)下部鋼柱產(chǎn)生較大水平推力，使得鋼柱柱腳彎矩難以承受而被否定。幾經(jīng)論證后，屋蓋采用張弦梁結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為平面自平衡結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有拉索和撐桿為上弦構(gòu)件提供彈性支撐以減小拱上彎矩的特點(diǎn)，拉索張力與拱推力相抵消，既發(fā)揮了上弦拱的受力優(yōu)勢(shì)又充分利用了拉索抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，比較適用于本網(wǎng)球館工程特點(diǎn)。
　　1計(jì)算模型與結(jié)構(gòu)參數(shù)
　　網(wǎng)球館新館平面尺寸82.5mx37.81m，兩側(cè)為兩榀排架柱，柱距6米，柱頂標(biāo)高15.700m，荷載情況如下：
　　恒荷載：采光頂（隱框玻璃）0.65kN/m2
　　輕型屋面0.35kN/m2
　　活荷載：0.5kN/m2
　　工程地面粗糙度為B類，抗震設(shè)防烈度為六度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，基本加速度為0.05g。地區(qū)50年一遇的基本風(fēng)壓值為0.55kN/㎡；基本雪壓：0.45kN/m2；
　　屋蓋結(jié)構(gòu)形式為平面張弦梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)跨度為37.81米，上部拱形鋼梁截面為H700X300X14X20，上弦矢高為4米，下部拉索為φ5X55(直徑為41mm)，下弦垂度為2.4米，每榀張弦梁有3根豎桿，豎桿截面為φ180X10。
　　2、拉索工作狀態(tài)工況分析：
　　初始狀態(tài)Temp:對(duì)模型拉索施加溫度荷載（模擬預(yù)拉力），對(duì)鋼梁施加檁條荷載對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示：在Temp工況作用下，兩側(cè)柱頂向內(nèi)變形各為4mm,拱頂變形為13mm(向上)。Temp工況考慮結(jié)構(gòu)自重作用下單榀張弦梁結(jié)構(gòu)拉索軸力為83.7KN，由此確定初始拉索內(nèi)力為83.7KN。
　　正常狀態(tài)Dead：對(duì)結(jié)構(gòu)施加1.0倍恒荷載作用，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示：在Dead工況作用下，兩側(cè)柱頂向內(nèi)變形各為0.5mm,拱頂變形為1.2mm(向下)。Dead工況考慮結(jié)構(gòu)自重作用下單榀張弦梁結(jié)構(gòu)拉索軸力為158KN。
　　極限狀態(tài)1.2Dead+1.4LIVE1：對(duì)結(jié)構(gòu)施加1.2倍恒荷載+1.4倍滿跨活荷載作用，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示：在1.2Dead+1.4LIVE1工況作用下，兩側(cè)柱頂向外變形各為6mm,拱頂變形為28mm(向下)。1.2Dead+1.4LIVE1工況考慮結(jié)構(gòu)自重作用下單榀張弦梁結(jié)構(gòu)拉索軸力為327KN。1.2Dead+1.4LIVE1工況作用下，結(jié)構(gòu)變形最大，拉索拉力最大，因此認(rèn)定1.2Dead+1.4LIVE1為結(jié)構(gòu)最不利工況。327KN為張弦梁結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中的最大設(shè)計(jì)拉力，考慮5倍的安全系數(shù)，選取5X55拉索(直徑為41mm)，其破斷拉力為1803KN。
　　不穩(wěn)定狀態(tài)1.0Dead+1.4WIND1：對(duì)結(jié)構(gòu)施加1.0倍恒荷載+1.4倍橫向風(fēng)荷載作用，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示：在1.0Dead+1.4WIND1工況作用下，拉索軸力為84KN,拉索并沒(méi)有失效。
　　3、索與鋼梁、豎桿連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：
　　拉索與鋼梁連接節(jié)點(diǎn)選用成品張拉索雙耳內(nèi)旋式錨具，拉索與豎桿連接采用鑄鋼索夾，銷軸及連接板用有限元軟件ANSYS進(jìn)行應(yīng)力復(fù)核驗(yàn)算分析。
　　4、預(yù)應(yīng)力拉索的防護(hù)：
　　張拉索鋼絲采用5x55,直徑41mm。張拉索鋼絲采用高強(qiáng)度低松弛熱浸鍍鋅鋼絲(fptk=1670N/m㎡),f=334N/m㎡,鍍鋅量300g/㎡。
　　(1)成品拉索在生產(chǎn)制作過(guò)程中應(yīng)采取諸多防護(hù)手段，在出廠前對(duì)索體進(jìn)行必要的包裝防護(hù)。
　　(2)當(dāng)索盤運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，在安裝的各個(gè)階段必須注意索的防護(hù)，具體如下：
　　a.索盤展開過(guò)程中外包的防護(hù)層不得除去；
　　b.在牽引索、安裝索、張拉索的各道工序中，均應(yīng)避免碰傷、刮傷索體；
　　c.不允許有任何焊渣和熔融的鐵水落在索體上及用硬物刻劃索體，以免損壞索的PE護(hù)套。
　　5、施工時(shí)預(yù)應(yīng)力拉索張拉控制要求及控制目標(biāo)：
　　(1)新館部分拉索張拉按一階段張拉，張拉在屋面檁條安裝完成后進(jìn)行。
　　(2)張拉階段的張拉監(jiān)測(cè)主要技術(shù)參數(shù)：變形控制技術(shù)參數(shù)(包括鋼柱柱頂水平位移、鋼梁拱頂撓度、拉索的伸長(zhǎng)值)；軸力控制參數(shù)(拉索內(nèi)力);
　　(3)張拉時(shí)服從統(tǒng)一指揮，按張拉給定的控制技術(shù)參數(shù)進(jìn)行精確控制張拉。
　　(4)張拉階段控制目標(biāo)：鋼柱柱頂水平位移控制值4mm(向內(nèi))；鋼梁拱頂撓度控制值13mm(向上)；拉索內(nèi)力控制值83.7KN；拉索的收縮值控制值13.8mm。
　　(5)張拉階段拉索張拉的控制原則：變形控制為主，索力控制為輔;變形控制時(shí)柱頂位移控制為主，拱頂撓度控制為輔。
　　結(jié)論
　　(1)平面張弦梁結(jié)構(gòu)受力特性相當(dāng)于簡(jiǎn)支梁的受力特性，結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的整體彎矩由上弦鋼梁的壓力和下弦拉索的拉力形成等效力矩來(lái)承擔(dān)，結(jié)構(gòu)整體剪力及剪力產(chǎn)生彎矩由上弦鋼梁承擔(dān)。
　　(2)平面張弦梁結(jié)構(gòu)上弦鋼梁既要滿足跨中彎矩作用下上弦構(gòu)件的壓力要求，又要具有較大的抗彎剛度滿足局部彎矩受彎要求，設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮截面面積又要考慮抗彎模量。
　　(3)平面張弦梁結(jié)構(gòu)上弦平面外應(yīng)布置系桿和水平交叉支撐，以減小平面外計(jì)算長(zhǎng)度，解決平面外穩(wěn)定問(wèn)題。
　　(4)平面張弦梁結(jié)構(gòu)上弦矢高和下弦垂度是設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮的參數(shù)。張弦梁矢跨比和垂跨比增加，均能降低結(jié)構(gòu)的跨中撓度及減小上弦構(gòu)件的壓力。
　　(5)平面張弦梁結(jié)構(gòu)因其自身受力特點(diǎn)決定，其張拉控制參數(shù)對(duì)其受力狀態(tài)尤為重要。結(jié)構(gòu)零狀態(tài)涉及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加工放樣；結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)（張拉之后）變形值是施工時(shí)進(jìn)行張拉控制的技術(shù)參數(shù)；結(jié)構(gòu)正常狀態(tài)是竣工驗(yàn)收時(shí)的重要依據(jù)；滿布荷載狀態(tài)是設(shè)計(jì)者進(jìn)行承載力和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行應(yīng)力及變形控制的極限狀態(tài)；不穩(wěn)定狀態(tài)是驗(yàn)算結(jié)構(gòu)是否失效的最不利狀態(tài)。
　　
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