预应力找形找力

为了使张弦梁结构在施加了预应力和重力荷载产生变形后其形状为设计的形状, 需要进行找形分析算出结构的原始形状, 作为杆件的下料依据. 找形分析也称为初始平衡问题, 进行找形分析的方法有: 物理模型实验方法；非线性有限元法;支座位移法;力密度法;动力松弛法等。

根据张弦梁结构不同的荷载状态, 结构形态可以分 3 种. 零状态 ( 又称放样态 ): 预应力索尚未张拉时结构的状态. 此时杆件中应力为零, 故称为零状态;初始态 ( 又称预应力态 ) : 预应力索张拉完毕时结构的状态;荷载态:预应力索张拉完毕并且外荷载也施加完毕时结构的状态.对于索中预应力的大小，可以根据预应力度和相应的索力设计准则来确定,因此张弦梁的找形分析就属于第二种找形分析:在给定预应力分布状态的情况下,寻找零状态几何形状.

文献 [ 1 ] 提出了逆迭代法进行张弦梁的找形. 逆迭代法需要多次的非线性迭代、试算, 要求有一定的计算经验, 才能减少试算次数. 同时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态分析. 文献 [ 2 ] 应用 AN S Y S 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AN S Y S 中的 U P GEO M 命令时, 将使变形误差得到累积, 而给下一次的计算增加了结构初始变形缺陷, 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如上所述, U P GEO M 命令将撑杆在每一次计算后的侧向偏移量累加到零状态的节点坐标, 使撑杆在非线性计算时产生失稳而使计算不收敛. 解决这个问题有 2 种方法: 在找形时, 保持撑杆的平面外坐标 ( Z 轴向 ) 不变, 只改变平面内 ( X、Y 轴向 ) 的坐标值; 在找形时, 对撑杆的上下节点在侧向 ( Z 轴向 )上施加单向位移约束. 对一榀单向张弦梁按以上两种方法进行找形, 两种方法所得出来的结点坐标是一致的. 对于双向张弦梁, 由于横向索和纵向索的相互影响, 采用 L i nk8 杆单元无法收敛, 可以用梁单元beam 44 来代替杆单元. 计算结果表明, 应用梁单元来模拟撑杆, 可以保证非线性计算收敛. 在实际的结构中, 撑杆的上弦同上部梁是铰接的, 采用梁单元计算将加大结构的刚度. 对一榀张弦桁架分别用梁单元和杆单元来模拟撑杆. 计算结果表明, 模型中采用梁单元模拟撑杆进行计算时, 上弦构件、撑杆和索的各项内力小于杆单元模型, 但是两者的差别非常小. 因此可以采用梁单元来模拟双向张弦梁中的撑杆. 在找形时, 可以先采用杆单元来模拟撑杆, 对撑杆的上下两端施加双向位移约束, 使撑杆在竖向自由. 找形结

束后, 去掉撑杆两端的约束, 并换用梁单元模拟撑杆进行计算; 也可以直接用梁单元模拟撑杆计算, 此时可不在撑杆两端施加约束

参考文献:

[ 1 ] 张其林, 张莉, 罗晓群. 预应力梁 - 索屋盖结构形状确定 [ C ] / / 第九届空间结构学术会议论文集. 北京: 中国建筑科学研究院建筑结构研究所, 200 0 : 387 - 39 4 .

[ 2 ] 齐永胜, 周泓, 苏康. 用 A P DL 语言解决张弦梁结构找形问题的方法 [ J] . 山西建筑, 2 004 , 3 0( 3 ) : 20 - 2 1