张弦结构操作分析

例题张弦结构分析

2 例题. 张弦结构分析

概要

此例题将介绍利用midas Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方

法。

例题的建模部分可以参见midas Gen初级培训的网架建模步骤，这里不再做介绍。通

过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在

midas Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有

索单元的结构进行弹性反应谱分析。

张弦结构概述

张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体

系，是一种大跨度预应力空间结构体系。

张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结

构可称作张弦梁或张弦桁架。本例题中介绍的模型使用张弦桁架。

张弦结构的特点

张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁

架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。

对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与

桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架

或梁的内力分布（使桁架或梁中的内力分布趋于均匀）

张弦结构的形态定义

张弦结构像悬索结构等柔性结构一样，根据张弦结构的加工，施工及受力特点，通常

将其结构形态定义为零状态、初始态和荷载态三种。

例题张弦结构分析

（1）：零状态

零状态是拉索张拉的前状态，实际上是指构件的加工和放样状态，通常也称结构放样态。

当索张拉完毕后，结构上弦构件的形状将发生偏离，从而不能满足建筑的要求，因此，张弦结构上弦构件的加工放样要考虑这种索张拉后带来的变形影响，这是张弦结构要进行零状态定义的原因。

（2）：初始态

初始态是拉索张拉完毕后，结构安装就位的形态，通常也称预应力态。

初始态是建筑施工图中所明确的结构外形。

（3）：荷载态

荷载态是外荷载作用在初始态结构上发生变形后的平衡状态。

张弦桁架在midas中的计算

此例题的分类及各自的步骤如下:

一、已知索单元初拉力的情况下，求索单元的拉力变化及结构的变形。

1.简介

2.设定操作环境及定义材料和截面

3.建立张弦梁一个锥体

4.形成张弦网架

5.定义边界条件

6.输入各种荷载

7.定义几何非线性分析控制数据

8.运行分析

9.查看结果

二、对带有索单元的结构进行反应谱分析

1.索单元拉力添加（即对索单元进行张拉）

2.运行分析并查看结果

3

例题张弦结构分析

4 一.已知索单元初拉力的情况下，求索单元的拉力变化及结构的变形

1.简介

本例题张弦桁架的几何形状、边界条件以及所使用的构件如图1所示。边界条件设定

为一端铰接，另一端为滑动支座。本例题中荷载只考虑自重、屋盖作用恒荷载、活荷

载、索的初拉力。(本例题数据仅供参考)

本例题基本数据如下：

上（下）弦主梁：P299×14

腹杆：P152×8

上弦支撑：P121×6

撑杆：P159×8

拉索：D100（预应力索）

钢材：Q345

上弦梁圆弧半径：R=168m；上下弦距离：1.8m

注意：进行几何非线性分析时，需要查看几种荷载按一定的方式进行荷载组合作用后

的结果，必须将该荷载组合作为一个工况进行非线性分析，查看该工况的结果。不能

象弹性分析时，直接查看分析后几种单独工况的线性组合结果。

荷载工况 1 –自重

荷载工况 2 –屋面恒荷载 10kN （节点荷载）

荷载工况 3 –屋面活荷载 5kN （节点荷载）

索初拉力 770kN

例题 张弦结构分析

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轴侧图

平面图

立面图

图1 分析模型

例题张弦结构分析

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2.设定操作环境及定义材料和截面

在建立模型之前先设定环境及定义材料和截面

1.主菜单选择文件>新项目

2.主菜单选择文件>保存:输入文件名“平板网架”并保存

3.主菜单选择工具>设置>单位系:长度 m, 力 kN

图2 定义单位体系

4．主菜单选择特性>材料>材料特性值

添加：定义Q235钢材

材料号：1 名称：Q345 设计类型：钢材规范：GB03(S)

数据库：Q345 材料类型：各向同性

点击确认按钮

注：也可以通过程序左侧树形菜单“模型>材料和截面特性>材料”来定义材料。同样，其他操作也可通过左侧树形菜单实现。

例题 张弦结构分析

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图3 定义材料

5．主菜单选择 特性>截面>截面特性值 添加：定义上弦、下弦和腹杆、柱截面尺寸

图4 定义截面

例题 张弦结构分析

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3.建立张弦梁一个锥体

1．主菜单选择 节点/单元>节点>建立节点（快捷键Ctrl+Alt+1） 建立节点1（0,1,0），2（0,-1,0），3（0,0,-1.8） 2．主菜单选择 节点/单元>单元>扩展（快捷键Alt+5） 选中节点1、2，输入相应参数，如图5所示 选中节点3，输入相应的参数，如图6所示

3．主菜单选择 节点/单元>单元>建立单元（快捷键Alt+1）

选择材料为Q345，截面P152×8，桁架单元，连接（1,6）、（2,6）、（4,6）、（5,6）； 选择材料为Q345，截面P121×6，桁架单元，连接（1,2）、（4,5）、（1,5）； 删除多余节点及杆件，如图7所示

图5 扩展节点1、2 图6 扩展节点3 图7 删除多余节点及杆件

注：快捷键可通过主菜单“工具>用户自定义>自定义>键盘”实现。