张弦桁架尺寸及预应力优化设计
大跨度预应力张弦桁架结构设计与施工要点分析
大跨度预应力张弦桁架结构设计与施工要点分析现如今，钢结构已经在建筑领域得到了广泛推广和应用，通过预应力技术，能够有效改善大跨度空间结构刚度，是一种新型的建设体系。
对此，本文首先对预应力大跨度空间钢结构进行了介绍，然后以大道速滑馆为研究对象，对大跨度预应力张弦桁架结构设计施工要点进行了详细探究，以期为类似工程提供借鉴。
标签：大跨度；张弦桁架结构；施工1、引言鋼结构自身稳定性较高，因此在建筑行业中，钢结构的使用十分普遍，钢结构未来的发展也会被人们所重视。
预应力大跨度空间钢结构的运用功能在房屋建设当中具有不可或缺的地位，因此对预应力大跨度空间钢结构施工要点进行详细探究具有十分重要的现实意义。
2、预应力大跨度空间钢结构概述现如今，在大型建筑工程施工中，预应力大跨度空间钢结构十分常见，具有承重性能强、刚度性能好、延伸性好、施工便捷等应用优势。
在以往大型建筑工程施工中，一般采用混凝土结构模式，但是，由于混凝土的结构模式采用单向板结构，因此，混凝土结构会随着空间的跨度增加而使楼板的厚度随之增加，而在工程计划中，所使用的钢筋数量无法满足厚度增加所带来的重量。
因此，在大型建筑工程施工中，可以应用预应力大跨度空间钢结构，这样不仅能够提高施工质量，而且还能够保证施工进度。
3、工程概况大道速滑馆钢主体结构形式为张弦桁架结构形式，张弦桁架与横向联系桁架组成屋盖钢结构系统。
建筑长度约为189.8m、宽度约为109.4m，高度最高为40.28m，最低为25.980m。
屋盖钢结构主要受力结构为张弦桁架通过支座落在混凝土柱顶上，桁架结构为倒置三角形桁架，张弦桁架最大跨度89.4m。
桁架节点一般采用相贯焊接节点、张弦桁架采用预应力索连接节形式。
根据钢结构设计图纸，山墙钢架由弦杆、横杆、撑杆及腹杆构成，钢材截面规格均为矩形管。
钢架与混凝土柱中预埋件焊接形式连接。
4、大跨度预应力张弦桁架结构设计与施工4.1钢结构吊装张弦桁架吊装方法：主桁架在场外指定区域地面胎架分成三段拼装，拼装好后搭设支撑架将三段桁架合拢成一整榀桁架，穿索张拉至50%，320吨履带吊（主臂工况）双机抬吊挪位安装。
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 nearly proportion to its lower chord area when the height-to-span ratio, ratio of axial stiffness of up-per chord to that of lower chord and slenderness of upper chord are given;that it is recommended to adopt a large height-to-span ratio, a large sag-to-span ratio of cable and a small axial stiffness ratio of upper chord to lower chord for BSS design in order to obtain a large stiffness based on economic optimization.%针对现有关于张弦梁结构基于刚度的参数分析和优化研究较为缺乏的不足，采用有限元方法对此问题进行研究。
张弦梁结构设计中的优化方法与实例分析
张弦梁结构设计中的优化方法与实例分析引言张弦梁结构是一种常见的工程结构，在桥梁、建筑等领域中广泛应用。
为了提高结构的稳定性和承载力，需要进行优化设计。
本文将介绍张弦梁结构设计中的优化方法，并通过实例分析讨论其应用。
一、张弦梁结构的基本原理张弦梁结构是由一根张紧的弦索和梁体组成的。
弦索负责承受拉力，而梁体则承受弯曲力和剪切力。
根据梁体的形状以及弦索的位置，可以设计出不同类型的张弦梁结构，如平面张弦梁、斜拉桥和悬臂梁等。
二、优化设计的目标与约束在张弦梁结构的设计中，我们的目标是寻找一种结构形态，使得结构具有较高的刚度和较低的权重。
此外，我们还需要考虑到结构的可靠性和经济性。
优化设计需要满足一定的约束条件，包括结构的安全性、可行性以及施工和维护的可行性等。
三、张弦梁结构的优化方法3.1 参数化设计参数化设计是一种常用的优化方法。
通过将设计变量参数化，可以快速生成大量的设计方案，并通过评估函数来选择最优方案。
在张弦梁结构设计中，常用的设计变量包括弦索的位置、角度和张紧力等。
通过参数化设计，可以优化结构形态，提高结构的性能。
3.2 拓扑优化拓扑优化是一种常用的结构优化方法，通过优化材料的分布，以降低结构的权重，并提高结构的刚度和强度。
在张弦梁结构设计中，可以通过拓扑优化来优化梁体的形状和切线方向，从而减小结构的权重。
3.3 材料优化材料优化是指通过选择合适的材料，以提高结构的性能。
在张弦梁结构设计中，可以优化材料的强度、刚度和密度等特性，从而实现结构的轻量化和增强结构的强度。
四、张弦梁结构优化设计的实例分析4.1 平面张弦梁的优化设计以平面张弦梁为例，通过参数化设计和拓扑优化，可以优化弦索的位置和张紧力，实现结构的轻量化和减小材料消耗。
通过数值模拟和实验验证，可以得出最优设计方案，并进行结构的施工和实际应用。
4.2 斜拉桥的优化设计斜拉桥作为一种特殊的张弦梁结构，具有良好的经济性和美观性。
在斜拉桥的设计中，可以通过参数化和材料优化来实现结构的减重和刚度的提高。
哈尔滨会展体育中心张弦桁架预应力拉索施工讲诉教材
哈尔滨会展体育中心张弦桁架预应力拉索施工高飞李维滨郭正兴施俊（东南大学土木工程学院，南京210096）[摘要] 本文介绍了哈尔滨会展体育中心张弦桁架预应力拉索施工的全过程以及在该施工过程中需注意的若干问题和难点，分析了张拉过程中张拉力与变形的关系，并提出了在类似张弦桁架预应力拉索施工几点建议。
[关键词]张弦桁架预应力索胎架张拉1、工程概况哈尔滨国际会展体育中心工程总用地面积63万平方米，由1#国际会展体育中心（国际展览中心、万人体育馆、综合训练馆）、2#5万人体育场、3#国际会议中心（宾馆）、停车场130m，该工程为黑龙江省、哈尔滨市重点工程建设项目，建设单位为哈尔滨市国际会展体育中心有限公司，设计单位为黑龙江省建筑设计研究院，监理单位为广州珠江监理公司。
该工程的钢结构制安工程内容有：展览大厅、综合训练馆及体育馆屋盖索拱及其支撑钢结构，平面尺寸510米×138米，有35榀主桁架（张弦桁架），还包括支撑、支撑张弦桁架的人字型摇摆柱、过街道支撑人字型柱桁架、支撑桁架，钢结构制安约12000吨。
张弦桁架跨度为128米，两端支座分别设在A21、H列轴线上。
其中，A21列支座位于14.6米标高的砼柱头上，H列支座位于-0.05米标高的砼平台上，人字形柱顶部标高为28.972米。
桁架顶部最高点标高为吨；2哈尔滨国际会议展览中心有35榀跨度为128米的张弦桁架，单榀自重约175吨，下弦为397Φ7拉索施工的总体程序为：放索→穿索→张拉索。
放索指索的展开，即将索放直置于胎架下方；穿索包括两个索头穿过鼓形节点及铸钢节点，并安装好张拉千斤顶。
2.1 放索张弦桁架两端轴线为G轴（南）和A21轴（北），索的放线架放置在G轴外，卷扬机放2．放线架就位和索盘吊装用吊机将放线架吊至已放出点位。
吊机将索从运输设备卸下，即堆放在放线架附近，外侧锚具朝上，索盘安装时只需用吊机将索垂直吊起安放至放线架即可。
3．开盘索展开前，索体缠绕盘成环形，锚具处用钢丝绳捆住，在去除钢丝绳的瞬间，弯曲的索有个能量释放的过程，锚具可能法向打出，易危及工人安全，因此在释放前须用枕木垫住锚具。
大跨度张弦桁架结构设计
大跨度张弦桁架结构设计发表时间：2017-11-20T14:07:33.213Z 来源：《防护工程》2017年第18期作者：李钊[导读] 随着我国社会经济的快速发展，建筑行业也有了突飞猛进的发展，越来越多的高层、大跨度工程拔地而起。
摘要：张弦桁架在当前的大跨度建筑工程中得到了广泛的应用，越来越多的研究者开始对该结构进行深入研究。
本文以某市的会展中心为例，针对该建筑的张弦桁架结构进行全面分析与了解，从多个方面分析建立相应模型，最终对该结构合理的设计。
本文就大跨度张弦桁架结构的设计进行全面分析，以供参考。
关键词：张弦桁架；结构设计；大跨度建筑一、前言随着我国社会经济的快速发展，建筑行业也有了突飞猛进的发展，越来越多的高层、大跨度工程拔地而起。
在大跨度建筑工程建设过程中，施工人员一般都会采用张弦桁架结构来进行施工，使其在经济、美观的基础上达到质量要求。
张弦桁架结构是近年来引进我国的一种新型结构，并且通过该结构已建立了多座建筑物。
张弦桁架结构是一种独特的空间结构形式,它是“通过对弦进行张拉,以及将撑杆与梁按实际造型需求进行组合”,即基于结构的受力特性进行构造。
这种自平衡结构体系既能尽量利用拱型结构受力特性,又能充分发挥索抗拉强度较高这一优点。
具有使结构受力更合理、刚度更大等特点,可实现跨越更大跨度的目标,这种结构体系在国内外得到了广泛的应用。
某市会展中心是采用张弦桁架结构建造而成的多跨度建筑工程，本文对此进行全面的分析。
某会展中心的主桁架上部是一个倒三角的立体钢管桁架，而其下部则是一根张拉钢索。
其中采用俯瞰将其连接，从而形成了一个张弦桁架结构。
这一结构的两端主要放在混凝土结构上，该结构的总体形象为鱼腹状。
在安装的过程中，我们需要杆状的盖度为40m。
在对其安装过程中由于建筑工程的混凝土工程已经竣工，因此我们不能够将大型机械设备引进进行施工，为了按期完成工程，我们必须要制定合适的安装方案。
对该建筑工程进行全面分析之后，工程师们决定采用在地面拼接主桁架，然后连接节点，最后再将整个结构平行移动到需要施工的部位，因为这种方法能够有效的提高施工进度与工作效率。
张弦桁架钢结构雨棚设计
张弦桁架钢结构雨棚设计朱丹晖;淳于铭;张秀山【摘要】新建聊城火车站无站台柱雨棚采用张弦桁架预应力钢结构体系,沿站台方向设置28榀钢桁架,每榀桁架跨度65.45 m,桁架两端简支于钢管混凝土格构柱顶.大跨度张弦桁架结构体系的分析计算及支座、锚固节点的设计是难点.通过聊城站张弦桁架钢结构雨棚的设计,详细介绍张弦桁架钢结构的结构选型,材料选择,计算分析以及在结构计算中的荷载工况及荷栽组合,简要说明支座节点设计及桁架张拉施工控制措施,为今后类似预应力钢结构工程设计提供参考.%Canopy without column on platform of new Liaocheng Railway Station adopts pre-stressed steel truss string structure system. In this system, 28 steel trusses are installed along platform, and each span of truss is 65. 45 m. Two ends of each truss are supported by concrete-filled steel tube lattice columns. Not only calculation analysis of large span truss string structure system is difficult, but also design of the bearing and anchoring joint is a problem. This paper, based on the design for steel truss string structure canopy at Liaocheng Railway Station, introduces steel truss string structure from several aspects of structure type selection, material selection, calculation and analysis which includes different load case and different load combination. This paper also briefly describes the bearing join design and the construction controlling measures in the process of truss structure stretching so as to provide a reference for the similar steel structure project in future.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2012(000)010【总页数】4页(P112-115)【关键词】无站台柱雨棚;预应力钢结构;张弦桁架;初始索力【作者】朱丹晖;淳于铭;张秀山【作者单位】中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南250022;山东省水利勘测设计院,济南250011;中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院,济南250022【正文语种】中文【中图分类】TU393.31 工程简介聊城火车站位于京九铁路、邯济铁路、聊泰铁路等铁路干线交汇点，为了适应铁路高速发展的需要，提高客运服务质量，铁道部与聊城市联合投资，对聊城火车站进行了改造，新建聊城站无站台柱雨棚工程是其中一项。
预应力钢桁架优化设计
杆件 上 弦 下弦 斜腹杆 对称轴＿ ｔ 竖腹杆 其余竖腹杆
工字钢截面杆件的回转半径与截面面 积的近似函数关系：
ｉ＝ ， － Ａ ｀ １ ０ ０
、 ５ ６・ ’ 乃
（ １ ３ ） 、 一／
原设计析架杆件表
截 面 工字钢 ５ ０ ０ ｘ ７ ０ ０ ｘ ３ ０ ｘ ６ ０ 工字钢 ４ ５ ０ ｘ４ ０ ０ ｘ３ ０ ｘ５ ０ 箱２ ５ ０ ｘ ２ ５ ０ ｘ ２ ０ 箱２ ５ ０ ｘ ２ ５ ０ ｘ １ ６
果就近在离散域内选取四组杆件， 通过试算 得出优化解， 此方法能够满足设计精度要求。
工字形截面ＨＸ Ｂ Ｘｔ １ Ｘｔ ２
箱形截面ＨＸ Ｂ Ｘ ｔ
图２ ４ ８ ｍ跨预应力钢析架
万方数据
・ 设计方法研究・
结构工程师 ２ ０ ０ ４ ； （ １ ） ３ ４ ． １ ７ Ｎ ／ ｍ ｍ， 集中设计荷载为 １ ９ ６ ０ ｋ Ｎ ｏ 通过回转半径计算可确定箱形梁的回
（ ８）
式中， 当入 ， 的 值超过约束时， Ｔ为一个非常 大的整数； 当入 ， 的值在约束范围内时， Ｔ为 一个非常小的整数； ａ 、 为容许误差。
由于非线性规划优化设计方法要求设计 变量必须是在连续域内， 所以对实际工程进 行优化设计时， 先把钢彬架截面面积当作连 续区域优化求解， 根据在连续域内寻优的结
积的上限， 〔 司 为容许最大拉应力， Ｑ ｃ ｒ 为容 许最大失稳压应力， 各杆件应力。 、 为变量Ａ 的函 数； Ｊ 为节点编号， ｍ为最大节点编号，
。 〔 艺Ｐ Ｑ （ Ｑ ｉ ） ＋ 艺Ｐ ｕ （ ｕ ； ） 十 艺Ｐ ｘ （ 、 ， ） 〕
量． １ ； ＜［ Ａ ］ ， 其罚函数可写为
・ 设计方法研究・
优化设计与分析多向张弦梁结构的关键问题
优化设计与分析多向张弦梁结构的关键问题多向张弦梁结构是一种常见的工程结构，被广泛应用于桥梁、塔架、航天器等领域。
然而，在设计和分析过程中，存在着一些关键问题，需要进行优化和解决。
本文将针对多向张弦梁结构的关键问题展开讨论，包括设计参数的选取、结构优化、应力分析和改进建议。
1. 设计参数的选取在多向张弦梁结构的设计中，选择合适的设计参数是十分关键的。
设计参数包括梁的截面形状、材料强度、连接方式等。
首先，需要进行充分的材料研究，确定适合多向张弦梁结构的材料，如高强度钢材和复合材料。
然后，根据具体的应用场景和结构要求，选择合适的截面形状和连接方式，比如梁的截面可以选择矩形、梯形等不同形状，连接方式可以选择焊接、螺栓连接等。
这些设计参数的选取需要综合考虑结构的强度、刚度、稳定性和施工可行性等因素。
2. 结构优化多向张弦梁结构的优化是提高其性能和减轻结构重量的关键问题。
优化设计可以通过改变结构参数、减小应力集中、优化材料使用等方式实现。
在进行结构优化时，需要考虑多种因素，如结构的自重和活载荷作用下的受力情况、结构的几何约束和边界条件等。
可以采用常用的优化方法，如遗传算法、粒子群算法等，通过迭代计算，得到最佳的设计方案。
此外，使用先进的计算工具和软件，进行数值模拟和仿真，可以更准确地评估结构的性能，为优化设计提供依据。
3. 应力分析在设计和分析多向张弦梁结构时，应力分析是必不可少的一项任务。
应力分析可以帮助工程师了解结构在荷载作用下的应力分布情况，评估结构的安全性和稳定性。
在进行应力分析时，需要考虑结构的受力状态、荷载施加点和支座的位置等因素。
可以使用有限元方法进行数值分析，通过对结构进行离散化，将其分割成有限个小单元，然后求解得到各个部分的应力和位移。
此外，还可以使用实验测试和传感器监测等手段，实时监测结构的应力和变形情况，提供实时的结构健康状况评估。
4. 改进建议根据多向张弦梁结构设计和分析的关键问题，可以提出一些改进建议。
120m跨弦张钢桁架预应力张拉施工
120m跨弦张钢桁架预应力张拉施工陆汉时杨顺江苏南通二建集团有限公司226200[摘要]：通过对超大跨度张弦梁桁架预应力工程的施工，采用预应力施工技术设计，预应力索的预制、展开、拉索连接和拉索牵引就位等工序，采用大型软件施工模拟计算、进行过程分析和张拉过程中测量、调整位移量等，成功进行大跨度张弦梁桁架的张拉，说明了施工预控技术的重要性。
[关键词]：桁架张弦梁拉索预应力张拉1 工程概况河海大学江宁校区西区189亩实验基地位于南京市江宁经济技术开发区，北侧紧邻佛城路,西侧为宁丹路，东侧为隐龙路。
工程钢结构共分为三部分：水流实验大厅、结构实验大厅及水塔结构。
水流实验大厅是由混凝土柱支承的大跨度钢屋盖结构，分为A、B、C三个区。
A区屋盖为张弦梁桁架结构，屋盖整体平面形状为矩形，其长度为300m，宽度为120m，桁架截面为倒三角形式，主桁架跨度达到120m，最高处标高为19.3m，主桁架共计21榀，上弦杆管径377mm，下弦杆管径450mm。
桁架上部为天窗架及C型檩条结构。
单榀主桁架最重为67吨。
主结构使用钢材材质均为Q345B。
图2-1 A区钢结构屋盖平面布置图2 结构特点水流实验大厅的钢结构屋盖，A区和C区预应力钢结构为张弦桁架结构。
结构主要由多榀桁架组成，桁架之间由支撑桁架、三角型支撑桁架串联，形成整体的张弦桁架结构。
如图2-1所示。
桁架一端为固定支座，另一端为滑移支座。
A区屋盖21榀桁架，榀间距15m，合计300m（长轴），中间有一条伸缩缝，桁架跨度120m（短轴）。
张弦桁架由上弦桁架、下弦索及其之间的撑杆构成。
通过布置和张拉拉索，产生向上的等效预应力荷载，优化结构内力状态，提高结构刚度，平衡支座全部或部分推力，控制结构外形尺寸（矢高或跨度等）。
如图2-2所示。
图2-2 A区单榀张弦桁架三维示意图3 结构总体施工顺序根据本工程的特点和钢结构施工总体方案精神，对于预应力张弦桁架，单榀张拉，张拉前相邻两跨张弦桁架主结构、次桁架、天窗架安装、焊接完毕。
张弦桁架结构拉索设计预应力影响因素研究
图 ２ 撑杆 Ｆ 端节 点受 力 图
Ｆ ｇ ２ Ｆ ｒ ｅ ｅ ｕｌ ｒｕ ｏ ｔ ｔｂ ｔ ｍ ｎ ｏ ｅ ｉ ． ｏ ｃ ｑ ｉ ｂ ｉ ｍ ｆｓｒ ｏｔ ｅ ｄ ｎ ｄ ｉ ｕ ｏ
撑 杆下 端节 点 的力平衡 方程 如下 ：
Ｃ１ ＋ ２ ＋Ｃ Ｎ ＝ １ Ｃ Ⅳ ０ （） １
载． 限于篇幅 ， ” 本文只从两个方面进行研究 ： ①拱
桁 架上 下 弦杆 截 面 积 之 和不 变 ， 究 上 下 杆 截 面 研 积 比对 端拉 索设 计预 应 力 、 征杆 件 压 力 、 特 结构 跨 中预应 力 反拱 值 、 况 ① 下反 拱 值 和 工 况 ② 下 挠 工
面 高度 ２ ６ｍ， ． 宽度 ３ｍ； 桁架 下 弦线矢 高 ： 拱 ８ｍ； 拉索 垂度 ３４ｍ； 中撑杆 长 度 １． 拱桁 架 的 ． 跨 １４ｍ． 构件 截 面均为 钢管 ． 上弦 ：４０× ２ 下 弦 ： ８ ６８ ２ ， ０Ｘ ２ 与拉索 锚 固点连 接 的构件 ：２ ３×９ 侧 面斜 腹 ４； ６７ ； 杆及 上 弦面腹杆 ： １８× ． ６ ６ ６ 撑杆 也 为钢 管 ： ６ ６１８× ６ 钢 管钢 材 为 Ｑ ４ Ｄ， ． ３５ 弹性 模 量 为 ２０ ．６×１ ｋ ０ Ｎ
・ ｍ ～
．
拉 索采 用高 强度低 松 弛镀 锌钢 丝 束 ， 格 ： 规
１× ９ ６ ， ３７ ７ 弹性 模 量 ：． １９×１ ｋ ・ ０ Ｎ ｍ～． 弦 桁 张 架 布置 间距 ：５Ｉ． 载 取 值 １３ Ｎ ・ ～； 荷 １ ｎ恒 ．８ｋ Ｉ 雪 ｎ 载 ０８ｋ ・ ． Ｎ ｍ～； 自重 由程 序 计 算 ． 构 内力计 算 结 荷 载工 况 选 取 ２个 ： 预 应 力 加 自重 工 况 （ 计 ① 设
张弦桁架介绍
5.极限承载力研究
研究方法： 建模：USSCAD 弹性失稳分析（特征值屈曲分析）：ABAQUS 弹塑性失稳分析：ABAQUS
5.极限承载力研究
计算 模型： 上部桁架（梁部分）：B32单元； 撑杆和拉索：T3D2单元； 支座一端铰支，一端滑动铰支。 最不利荷载组合为：恒载+吊挂荷载+雪荷载。
研究者 陈荣毅等 对象 内容 广州国际会议展览中心屋盖 矢跨比，拉索数量，预应力度等因素；比较 线性与非线性计算结果，撑杆稳定等。
李维滨等 哈尔滨会展体育中心 孔丹丹等 张弦网壳
罗尧治等 北京北站无站台雨棚
安装与胎架施工 弹塑性极限承载力分析
静力荷载分析
4.新疆国际会展中心屋盖
左右展厅标准榀：
张弦桁架结构体系：11榀主桁架，4榀纵向支撑桁架，跨度121.55m，截面高13m， 一端固定铰支，一端单向滑动。
天津 梅江会展中心
哈尔滨国际会议展览体育中心
3.研究现状
1.计算特点：张弦梁结构作为组合结构，广泛采用有限元法进行分析。 梁（或拱）——空间梁单元； 撑杆——杆元； 索——索元（柔性杆），并施加预应力。 2.通过荷载——位移全过程分析，研究结构整体的承载能力以及各因素对 结构性能的影响。 3.当前主要研究成果
张弦梁结构类型： 单向张弦梁结构,双向张弦梁结构,多向张弦梁结构， 辐射式张弦梁结构和张悬穹顶。
1.张弦梁的发展
张弦梁的其中两种来源：
预应力梁中预应力筋移至体外形成体外预应力结构
对拱设置拉索，抵消部分支座产生的推力
1.张弦梁的发展
张弦桁架组成：
2.张弦桁架的应用
上 海 浦 东 国 际 机 场 航 站 楼 广 东 国 际 会 展 中 心
例谈张弦桁架施工技术
例谈张弦桁架施工技术1 工程概况某奥林匹克体育场馆工程为大跨度的空间预应力索桁架結构，屋盖钢结构投影为橄榄状，结构矢高为25.3米，横向长度为239.8米，纵向长度为141.6米。
总建筑面积72010㎡，为甲级体育馆，可容纳9842座。
该结构包括体育馆屋面、会展馆屋面、体育馆围护结构两部分。
2 张弦桁架介绍体育馆由环桁架，张弦桁架，径向桁架三大部分组成。
屋面预应力钢结构由10榀张弦桁架组成，由上弦刚体、下弦索及其之间的撑杆构成，其上弦为倒三角桁架，下弦拉索采用双索，且采用冷铸锚，索端连接节点复杂。
张弦桁架的端部一端支撑在主体结构混凝土柱子上，另一端在支撑桁架上，10榀张弦桁架跨度不同，在相同的拉索等效预张力（1700KN）条件下，拉索的索力差异较大，这对如何组织施工提出了更高的要求。
本工程采用Ansys、Midas/Gen等先进有限元软件对结构进行找形分析、施工模拟计算，桁架构件和梁构件采用BEAM188梁单元，撑杆采用两端铰接杆单元，拉索采用仅受拉的Link10单元模拟，胎架采用仅受压的Link10单元模拟。
同时对索整体张拉过程中的张拉点、索力监测点和主要受力构件应变片进行布置，全面考虑结构的整体施工方案，使得结构在零状态下施工张拉完毕后，结构的最终几何形状、内力分布与设计状态吻合。
3 张弦桁架施工技术3.1 施工机械的选择某奥林匹克体育场馆共分4553个吊装单元，其中体育馆1443个吊装单元。
体育场馆钢结构各吊装单元具有一定的相似性，通过对本工程中具有代表性的钢结构吊装单元和吊装机械的吊装能力进行分析，最终选用1台120吨汽车吊、1台100吨履带吊以及2台QTZ-63塔吊作为主要施工机械。
3.2 桁架制作拼装胎架采用工字钢制作，由立柱、支撑和定位块及活动螺栓组成，胎架牛腿部位设置可调节支座。
拼装胎架时，在断开面设置空档，以留出焊接空间，在对接口下面焊接时，焊工可以在临时平台上进行。
制作前对各张弦桁架进行编号，根据设计深化图纸对每段桁架不同型号、尺寸的杆件进行实体放样。
张弦桁架结构的预应力控制分析
张弦桁架结构的预应力控制分析摘要：对张弦桁架结构施工过程中的预应力进行了分析研究，根据该类结构的受力特点，参照初应变模拟方法的理论，提出另一种加载方法—等效降温法。
通过改两端索段施加初应变为全部索段整体降温，进行预应力分析并举例论证。
通过施加温度荷载分析对该方法的精度进行了检验，并得到张弦桁架结构预应力的确定原则。
关键词：张弦桁架；等效降温法；零状态；预应力Analysis on pre-stress control of truss string structureKe Youhua(China Railway Tunnel Survey & Design Institute Co., Ltd Tianjin 300133,China)Abstract: The pre-stress of truss-string structure is analyzed and researched in the process of construction. According to the stress characteristics of the structure and the theory about simulating initial strain, another loading method named equivalent cooling method is put forwarded. The pre-stress of truss-string structure is analyzed and demonstrated by giving an example through reforming initial strain of the cable along the ends to cooling along the whole cable. The determination principle of truss string structure is got, and the precision of the method is inspected by applying the temperature load.Key words: Truss-string structure; equivalent cooling method; Initial state; pre-stress1 预应力的作用张弦桁架结构【1】是由张弦梁结构发展而来的一种新型预应力钢结构。
采用多向张弦梁结构的大型桁架桥设计与分析
采用多向张弦梁结构的大型桁架桥设计与分析设计与分析多向张弦梁结构的大型桁架桥大型桁架桥是现代桥梁工程中常见的一类结构，采用多向张弦梁结构的大型桁架桥在工程领域具有广泛的应用。
本文将对该类型桥梁的设计与分析进行详细介绍。
1. 多向张弦梁结构的特点多向张弦梁结构是大型桁架桥的一种常用设计形式，具有以下特点：- 结构强度高：多向张弦梁结构可以均匀分布桥面荷载，提高整体结构的承载能力。
- 施工便利：多向张弦梁结构采用预制构件进行装配，施工过程简便，工期可控。
- 经济高效：多向张弦梁结构设计合理，材料利用率高，成本相对较低。
2. 桁架桥的设计步骤大型桁架桥设计包括以下步骤：- 确定设计要求：包括桥梁跨度、荷载标准、设计寿命等。
- 绘制示意图：根据设计要求，绘制桥梁的示意图，确定桁架结构的形式。
- 计算荷载：根据路况和使用情况，计算桥梁的不同荷载情况，包括静荷载、动荷载等。
- 选择材料：根据设计要求和桥梁荷载情况，选择适合的材料，包括钢材、混凝土等。
- 结构设计：根据选定的材料和荷载情况，进行桁架结构的设计，确定各个构件的尺寸和布置。
- 分析模型：根据设计，建立桥梁的有限元分析模型，进行桥梁承载力、刚度等参数的分析。
- 结构优化：根据分析结果，对桥梁结构进行进一步的优化，优化设计参数，满足强度和刚度等要求。
- 考虑实际施工条件：考虑桥梁在施工过程中可能遇到的问题，进行设计上的改进。
3. 分析桥梁的静荷载静荷载是桥梁设计中的关键参数之一，包括自重荷载、活载和温度荷载等。
桥梁的承载性能需满足静荷载的要求。
具体的静荷载分析可采用有限元方法进行。
首先，将桥梁分割为有限数量的节点和单元，并根据节点和单元的特性建立数学模型。
然后，通过应力分析和变形分析得出桥梁结构在静荷载作用下的应力分布和变形情况。
最后，根据分析结果检查桥梁结构是否满足设计强度和稳定性等要求。
4. 桥梁的动力分析除了静荷载，桥梁还需要考虑动荷载的作用。
张弦梁结构的材料选用与优化设计策略
张弦梁结构的材料选用与优化设计策略张弦梁结构是一种常用于桥梁、悬挂屋顶等工程领域的结构形式，具有独特的力学特性和设计需求。
本文将从材料选用和优化设计策略两个方面进行讨论，以满足任务名称描述的内容需求。
一、材料选用1. 张弦梁结构的材料要求张弦梁结构在设计中需要考虑以下材料要求：- 强度：材料应具备足够的强度承受工作荷载，以保证结构的安全性。
- 刚度：材料应具备适当的刚度，以保持结构的形状和稳定性。
- 耐久性：材料应具备良好的耐久性，能够抵抗环境条件和使用年限对结构的损伤。
- 可制造性：材料应易于加工和制造，以减少成本和施工难度。
2. 常用的材料选项在张弦梁结构的设计中，常见的材料选项包括：- 钢材：具有高强度和良好的刚度特性，适用于大跨度和重载荷条件下的张弦梁结构。
- 混凝土：具有较高的强度和刚度，适用于中小跨度的张弦梁结构，尤其是桥梁。
- 碳纤维复合材料：具备高强度和轻重量的特性，适用于需要减轻结构质量的张弦梁设计。
- 高性能聚合物材料：具有较高的耐久性和抗腐蚀性，适用于需要抵御恶劣环境条件的张弦梁设计。
二、优化设计策略1. 结构拓扑优化设计结构拓扑优化设计是指通过调整结构内部的材料布局和连通性，以最小化结构质量并满足设计约束的设计方法。
在张弦梁结构设计中，可以采用以下策略进行拓扑优化：- 避免设计局部强度过高的区域，以减轻结构的整体质量。
- 优化材料布局，将材料集中在需要强度较高的区域，降低结构在其他区域的材料使用量。
- 使用中空结构等常用的减重手段，以减轻结构的自重。
2. 强度优化设计强度优化设计是指通过调整材料尺寸和响应的构件几何形态，以最大化结构的强度和刚度性能的设计方法。
在张弦梁结构设计中，可以采用以下策略进行强度优化：- 通过增加结构截面的高度或厚度，增强结构的抗弯和抗剪能力。
- 优化材料的布局，使得材料集中在结构的承载主要力的区域。
- 使用预应力技术，提高结构的整体刚度和抗弯承载能力。
桁架杆机构的优化设计
OCCUPATION2013 08108案例CASES桁架杆机构的优化设计文/宋育红摘 要：桁架结构优化设计中普遍存在约束的作用，现有优化设计一般采用满应力法、遗传优化或直接实验法搜索等优化方法，但其时间周期长、优化复杂。
本文主要采用复合形法，建立了桁架结构优化设计的数学模型，利用Fortran优化程序对其进行优化并获得最优解。
关键词：桁架结构 优化设计 复合形法一、优化目标及设计原则1.优化目标在工程力学教学当中，笔者利用复合形法对桁架杆进行优化设计，以求得到其最优解。
桁架杆设计的优化可以选择多种目标，如尺寸最小、质量最轻、强度最高等，一般应根据不同的需要选定。
笔者以桁架杆为例，以其质量最小为优化目标。
2.设计原则在桁架杆设计时我们首先要求两杆同时满足强度条件，其次要满足几何条件约束，进而确定目标函数，并对其优化。
二、复合形法优化设计简述复合形法的基本思路是在n 维空间的可行域中选取K 个设计点（通常取n +１≤K ≤2n ）作为初始复合形（多面体）的顶点。
然后比较复合形各顶点目标函数的大小，其中把目标函数值最大的点作为坏点，以坏点之外其余各点的中心为映射中心，寻找坏点的映射点。
一般说来，此映射点的目标函数值总是小于坏点的，也就是说映射点优于坏点。
这时，以映射点替换坏点与原复合形除坏点之外其余各点构成K 个顶点的新的复合形。
如此反复迭代计算，在可行域中不断以目标函数值低的新点代替目标函数值最大的坏点从而构成新复合形，使复合形不断向最优点移动和收缩，直至收缩到复合形的各顶点与其形心非常接近、满足迭代精度要求时为止。
最后输出复合形各顶点中的目标函数值最小的顶点作为近似最优点。
三、建立数学模型1.已知参数如桁架杆的结构，已知l =2m，x B =1m，载荷ρ=100kN桁架材料的密度 ρ=7.5×10-5N/mm 3，许用拉应力[σ+ ]=150MPa，许用压应力[σ- ]=100MPa，y B 的范围为：0.5m≤y B ≤1.5m，求桁架杆在满足强度的条件下，其质量的最小值。
张弦梁结构的预应力和矢高优化
浙江大学硕士学位论文张弦梁结构的预应力和矢高优化姓名：艾威申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：关富玲;严慧20060201浙江大学硕士学位论文张弦梁结构的预应力和矢高优化图１．７广州国际会展中心内景，。
训国际会议展览大厅造型独特、结构新颖，平面尺寸约１３０ｍ×９０ｍ的无柱大空间，共有５个这样的展览大厅。
其屋盖结构采用了预应力张弦立体桁架结构形式，为国内首次应用的结构形式【５】。
展览大厅钢屋架跨度１２６．６ｍ，是目前国内跨度最大的预应力张弦桁架１４】。
整个展览大厅采用了３０榀张弦桁架，每榀张弦桁架的中心间距１５ｍ。
主檩条为Ｈ５００ｘ２００ｘｌＯｘｌ６ｍｍ，水平投影檩距为５ｍ。
张弦桁架上弦使用了稳定性好的倒三角形断面的钢管桁架，管径分别为２ｍ４５７ｘ１４ｍｍ和ｑｂ４８０ｘ（１９ｍｍ～２５ｍｍｏ桁架采用３ｍ等宽，端部矢高２ｍ，跨中矢高３ｍ。
上弦立体桁架的腹杆为＠１６８ｘ６ｍｍ和ｍ２７３ｘ９ｍｍ的钢管。
张弦立体桁架的上下弦之间的竖腹杆为０３２５ｘ７．５ｍｍ｛Ｎ管。
上弦与竖腹杆均采用国产Ｑ３４５Ｂ低合会钢，下弦采用单根拉索，为国产高强冷拔镀锌钢丝，应力强度为１５７０ＭＰａ，直径０１６５，由３３７巾７钢丝加工而成，极限承载力为２０００ｔ，外包黑色高密度聚乙烯，两端通过特殊的冷铸锚组件与铸钢节点连接。
腹杆上端以销轴与桁架连接，下端通过索球与钢索连接。
张弦桁架通过铸钢节点直接支承在钢筋混凝土柱上，南北高差３ｍ。
见图１．８～图１．１０。
浙江人学硕十学位论文张弦梁结构的预应力和矢高优化图１．８展览大厅钢屋盖张弦立体桁架单元平面图图１．９展览大厅钢屋盖张弦立体桁架侧视图见详圈）竖腹轩侧面图腹杆上节点圈图１．１０展览大厅钢屋盖钢桁架竖腹杆连接详图舄一浙江大学硕十学位论文张弦梁结构的预应力和矢高优化（二）上海浦东国际机场航站楼上海浦东国际机场航站楼是国际机场的枢纽建筑。
根据建筑功能的需要和受力特点【６】，航站楼的结构采用了钢筋混凝土与钢结构二种体系。
广州国际会议展览中心张弦桁架预应力施工检测
广州国际会议展览中心张弦桁架预应力施工检测1．概况广州国际会议展览中心张弦桁架跨度达126米，矢高13米，是目前国内最大的张弦桁架。
计算分析表明，张弦桁架的设计强度有相当富余，因此，预应力张弦桁架施工以桁架的变形控制为主，桁架杆件内力和张拉索的内力测量作为辅助监控。
经建设方-华南理工大学建筑设计院、上海市机械施工公司和上海市建科预应力技术工程公司多次讨论后，确定的预应力施工方案是一次张拉。
张拉是在胎膜上。
桁架起拱高度为能抵消桁架自重及在桁架上安装檩条、水平支撑马道及屋面板产生的桁架挠度。
在一个BLOCK的张弦桁架、檩条、支撑、马道全部安装后进行调整张拉。
由于此时BLOCK整体刚度大，不能单独一榀张拉，须多榀一起张拉。
一次张拉方案里的胎膜张拉及调整张拉过程中，都需对桁架起拱变形及杆件拉索内力进行多次测量。
仪距张弦桁架距离为20米左右。
3.2.2 调整张拉阶段全站仪位置调整张拉阶段全站仪位置如图4所示。
在张拉桁架两端的砼平台上搭建观察台，台高度要求确保观察到6榀桁架的所有观察点。
图45. 量测内容5.1 第一、二、三榀桁架单榀张拉的量测（1）桁架、拉索胎膜后，全站仪初读，静态应变仪调零；（2）张拉至桁架临界胎膜量测；（3）张拉起拱至预定位置量测。
5.2 试验BLOCK量测试验BLOCK是指包括有第一、二、三榀试验桁架的BLOCK。
（1）6榀桁架及檩条、支撑安装就位后，全站仪初读，静态应变仪量测；（2）张拉调整多余量测；（3）屋面板安装后，拉索测量。
5.3 其余桁架和其余BLOCK量测剩余27榀桁架，单榀张拉时，仅做位移和拉索内力量测，不做杆件内力量测。
量测步骤同第一、二、三榀。
剩下5个BLOCK，调整张拉及铺屋面板后量测仅做位移量测和拉索内力量测，不做杆件内力量测。
量测步骤同第一、二、三榀。
6. 测试数量汇总6.1 内力测量汇总表6.2 位移测量测点数为5×30=150测点，测量次数为6个步骤。
大跨度拱桁架结构方案优化分析
大跨度拱桁架结构方案优化分析摘要:文章以陕西省榆林市漠海丽江餐饮有限公司餐饮中心生态种植区的钢屋盖结构为研究对象,根据甲方对结构空间、用钢量和对下部结构负荷小的要求,首先用设计程序3D3S8.0对结构进行了初步设计,定出了支座间不拉索和杆、拉索和拉杆3个方案,然后用分析软件ANSYS研究其桁架静力和动力特性,并计算了拉索方案预应力的合理取值,计算结果表明:拉杆方案的用钢量、竖向挠度小且施工难度低,因此,工程中采用了拉杆方案。
关键词:张弦拱桁架;索;拉杆;预应力分析;屋盖结构选型1工程概况本工程为陕西省榆林市漠海丽江餐饮有限公司餐饮中心生态种植区的钢屋盖结构,屋盖结构主体采用钢管立体桁架结构,跨度60,柱距8.1,设计基准期为50年,设计使用年限为50年,建筑结构的安全等级为二级,结构重要性系数r0=1.0。
根据GB50223—2008《建筑结构设防分类标准》和GB50011—2001《建筑抗震设计规范》的要求,本地区抗震设防烈度为6度(0.05g),设计地震分组为第一组,地类别为Ⅲ类,特征周期Tg=0.45s。
根据GB50009—2001《建筑结构荷载规范》的要求,本地区基本风压:0=0.4kN/2,基本雪压:S0=0.25kN/2,温度作用:±30℃。
屋面恒荷载:上弦0.60kN/2(不含自重),屋面活载:0.5kN/2。
2屋盖结构方案的制定由于甲方要求结构外形简单、流畅,空间大,且该工程跨度大、体量大,因此选择合理的网架类型是保证结构方案安全经济合理的关键。
为减少设计工程量,利用国内成熟管桁架设计软件3D3S8.0近似模拟网架的实际工作条件。
考虑到建筑和传力方式的要求,选择了管桁架的结构形式,见图1。
图1(Ⅰ)的结构在支座之间不拉索和杆,该结构具有强度高,重量轻等良好的力学性能,结构外形简单、流畅、空间大、施工难度低、节约材料等优点。
图1(Ⅱ)的结构在支座之间拉6X37-φ47.5有机芯1700(公称抗拉强度)型钢丝索。
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束 条件 中考虑 了钢 结构 规 范规 定 的压杆 稳 定 问题 ， 使优 化结 果更接 近 于 实际工程 ． 算例表
明算 法是 有效 的．
关键 词 ： 弦桁 架 ； 应 力 ； 定性 ； 面尺 寸优 化 张 预 稳 截
中图分 类号 ： Ｕ ９ Ｔ ３４
文 献标志 码 ：Ａ
张弦桁 架结 构 是 由弦 索 、 撑杆 和桁 架 拱组 合 而成 的预应 力钢结 构形 式 ． 种结 构形 式合 理 ， 这 能 够 充分 利 用 桁 架 拱 的抗 压 性 能 和 弦 索 的抗 拉 性 能， 因而近 十几年来 在 我 国的会展 中心 、 体育 场馆
跨 比、 矢跨 比等都是 影 响其结 构性 能 的重要 因素 ， 也 是优化 设计 考 虑 的 主要 参 变 量 ． 际 工程 设 计 实 中， 采用 多方 案 比较 的 方式 确 定 合 理 的矢 高及 垂 度后 ， 预应 力及 截 面 面 积 的组 合 优 化设 计 就 成 为 设计 的重 点 ． 目前 已有 张 弦桁 架 的 预 应力 及 截 面 面 积 的组 合优 化设 计 多 在 建 立优 化 模 型 后 ， 用 采
第２ ４卷第 １ 期
２１年 １ ０１ 月
烟 台大 学学报 （ 自然科学 与工 程版 ）
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ａ ｔｉ ｎｖｒｉ Ｎ ｔｒ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ Ｙ ｎａ Ｕ ｉｅ ｔ ｓ ｙ（ ａ ａ Ｓ ｉ ｅａ ｄＥ ｇ ｅ ｎ ｄ ｉ ｕ ｌ ｎ ｎ ｉ ｔｎ
两级 优化 方式 进 行 求 解 ， 是 研 究 中 尚有 如 但
（） ２ 在模 型 求解 过程 中 ， 出通 过 调 整 预 应 给
力 值 的方法 来满 足 结 构 的位 移 约 束条 件 ， 例 采 算
用 代表 性 的工程 ： 州 国际会 展 中心 的 张弦 桁 架 广
计 算简 图． 例表 明算法 有效 ， 算 在结 构重量 的优 化
７ ６
…
烟 台大学学报 （自然科 学与工程版 ）
第２ ４卷
分别 为两 边拉 索 与 水 平 方 向 的夹 角 ， 然 各 显
张弦桁架 几何 布 局 决定 的常 数 ， 是 张拉 端 索段
的预应 力值大小 ．
段索 中的预应 力 值 可 统 一记 为 ７ ＝ＡＴ 是 由 １ ， ｌ
构位 移性 态约束 方程 可 以考虑用 调整 预应力 值 的
方法 来实 现 ， 因为 张 弦桁 架 结 构 中 预应 力值 的大
小决 定 了结 构起 拱 量 的 大小 ， 且 预应 力取 值 也 并 直接 影响结 构截 面尺 寸 的选 择 ， 而 产 生不 同 的 从 结构 重量 优 化 结 果 Ｊ 基 于 此 ， 文 做 了如 下 工 ． 本 作： （） １ 综合 考虑 了结 构 在 预应 力 态 和荷 载态 的 约束条 件 ， 建立 了优化 模型 ， 模型 中对 于压杆稳 定 问题直 接与 钢结 构 规 范 挂钩 ， 强 了模 型 的实 用 增 性 ， 优化模 型可 以用 建筑 中已得 到 了广 泛 应用 ¨ Ｊ对 ．
张弦桁 架结 构进 行 优 化设 计 可 以起 到 节 约钢 材 、
降低造 价 、 高结构 承 载力等 作用 ， 提 并对 其他 工程
实 践具 有指 导意义 ． 在 张弦桁 架结 构 中 ， 应 力 值 、 面 面 积 、 预 截 垂
摘 要 ：就设 计 变量为预 应 力和 截 面尺 寸 的 张 弦桁 架优 化 设计 问题 ， 考虑 结 构在 预 应 力 态
和荷 载 态 的性 态约束条 件 ， 建立 了使 结构 重量 最轻 的优 化数 学模 型． 求解 时 ， 应 力 的 在 预
取值 综合 考虑 了使 结构 重量 最轻 和满足 结 构位 移 约 束 的起 拱 要 求 ． 由于优 化模 型应 力 约
态约束 方 程多采 用 满 应 力设 计 ， 过射 线 步 调 整 通 结构截 面 尺寸 的方法 使结构 满 足要求 ． 际上 ， 实 结
收 稿 日期 ： ０９ ７ ２ ２０－ － ０ ０
基金项 目：山东省教育厅科技计划资助项 目（０ Ｌ ５ ） Ｊ８ Ａ ５ ．
作 者 简 介 ： 雪 芹 （９ ４ ） 女 ， 王 １７ 一 ， 山东 烟 台人 ， 士 ， 硕 主要 研 究 方 向预 应 力 钢 结 构 优 化 设 计
图 １ 索段 预 应 力 关 系 图
Ｆｉ １ Ｒｅａｉｎ ｈｐ ｏ ｒ ｓｒ ｓｖ ｌ ｎ ｅ ｃ ａ ｔｏ ａ ｌ ｇ． ｌｔｏ ｓ ｉ ｆｐ ｅ ｔｅｓ ａｕｅｉ ａ ｈ ｐ ｒ ｆｃ ｂｅ
效 果方 面要好 于传 统射 线步 调整方 法．
下 问题值 得进 一 步探 讨 ： 是 优 化模 型没 有 考 虑 一 结构 在预 应力 态及 荷 载 态 的 不 同 ， 这样 优 化 所 得 的 预应力 值可 能并不 满足 预应 力态 的性态 约束 方
程 ． 是优 化模 型求解 过程 中 ， 于应 力及 位移 性 二 对
１ 张 弦桁 架 优化 的数 学 模 型
１ １ 索段 预应 力值 分析 ．
如图 １ 所示 ， 弦桁 架 中任 意相 邻 索 段 的 预 张 应 力力分 别 为 和 ＋ ， 据 下 弦节 点在 水 平方 根
向的平衡 条件 可知 Ｔｃｓ ／ｌ０ ， 中 Ｏ ， ｉ ｃ ＝Ｔ＋ｃｓ … 其 ｏ￣ ／ 。
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ １ １２ ． Ｊ ｎ．２０１ ａ １
文 章 编 号 ：０ ４ ８ ２ （０ １ ０ － ０５ ０ １０ －８ ０ ２ １ ） １０ ７ － ５ －
张 弦 桁 架 尺 寸 及 预 应 力 优 化 设 计
王 雪 芹 崔松 茂 ，
（ ．烟 台 职 业 学 院 建 筑 工 程 系 ， １ 山东 烟 台 ２４ ０ ２ ６ ００；．烟 台 打 捞 局 百 通 建 筑公 司 ， 山东 烟 台 ２ ０ ０ ４ ６ ０）