斜向撑杆鱼腹张弦梁的预应力分析研究

斜向撑杆鱼腹张弦梁的预应力分析研究

摘要：张弦梁结构是由刚性压弯构件拱（上弦）、柔性拉索及撑杆组成。张弦梁结构最早是由日本学者提出并开展了，随着研究的深入，不同形式的张弦梁结构也得到了进一步的研究和应用，然而，上述针对张弦梁结构的研究大多集中在撑杆采用单根或多根竖向布置的形式，本文则以，采用撑杆斜向布置的预应力鱼腹张弦，为研究对象，考察、撑杆，拉索索径等因素对受力变形和合理预应力值的影响。分析了这些因素对其承载能力的影响规律。研究成果可以为这类结构构件的分析设计提供参考，最后，针对鱼腹张弦梁结构的预应力施加情况，提出几点有益建议。

引言：预应力鱼腹张弦梁支撑作为基坑工程中一种新型的内支撑技术，目前已经有上百个工程应用案例，该技术无需像传统钢支撑那样，采用多组对称的布置方式，可大大增加基坑挖土空间显著缩短工期。目前，对于鱼腹梁的受力变形分析，主要是通过大型有限元软件实现的。鱼腹梁预应力的取值也是工程设计中考虑的重要问题，由于鱼腹梁本身刚度小，只通过施加预应力才能体现出鱼腹梁控制变形的优势，但是预应力不应该太大，太大的话会增加斜撑杆和钢绞线的轴力。造成结构上的不经济，而应力过小的话不起到有效控制基坑变形的效果。

模型简化：

目前，关于鱼腹梁钢绞线预应力的取值紧在行业规范里有明确规定，为。1.1是考虑预应力损失后的放大系数。参照张弦梁相关文献。根据

初始态上弦梁最大弯矩为零的原则，提出预应力的合理取值为，其中q为结构的自重f1和f2为上弦和下弦的矢高。文献从尽量减小不同工况下结构偏移的角度考虑。提出了预应力的取值为0.8F。F为在荷载作用下挠度为零的预应力值。文献指出，合理预应力值T为。由式可知，合理预应力值与跨度的平方成正比。矢高成反比。而与自身刚度无关。

MIDAS有限元分析：

MIDAS模型建立：

由上弦梁挠度公式可知，预应力鱼腹梁结构上弦梁挠度主要受跨度，矢高，上下弦刚度，预应力的影响。由文献可知上弦梁的内力变化规律与挠度类似。限于篇幅本次研究。只分析上弦梁的挠度。易得上弦梁的挠度曲线是一条四次抛物线，跨中的挠度具有代表意义。因此下文将逐一分析上述因素对张弦梁跨中挠度影响。其中预应力值分别取0，0.3T，0.6T，0.9T。

跨度取20-50m，矢高取7m计算结果如图所示，由图可知跨中挠度。随跨度的增加而增加，呈非线性变化。

图一

图二

图三

矢高

矢高取3-9m，跨度取35m，计算结果如图一所示，由图可知，跨中挠度随时高的

增大而呈非线性减小后趋于平缓，说明矢高的影响较大，但增加到一定高度之后，对控制变形的效果有限。

上下弦刚度

跨度取35米，矢高取7m，上弦梁取工字型钢，下弦杆用钢绞线数量分别取10-100根，计算结果如图一图二。所示由图可知，跨中挠度虽上弦刚度的增加而非

线性减小，但变化不大，说明结构刚度对变形的影响较小。

结论：

1、鱼腹梁的跨度，矢高对上弦梁的变形影响较大，上、下弦刚度的影响则较弱，但预应力的影响是最直接，最显著的，因此实际工程中未控制好鱼腹张弦梁基坑的变形，需确保预应力施加到位。

2、预应力鱼腹梁钢支撑体系中预应力的主要作用在于减少上弦梁的挠度和弯矩

3、当预应力超过一定数值时（合理预应力值）上弦梁变形趋近于零，而轴力却持续增大，因此实际工程中为节约材料用量再考虑预应力损失的情况下，预应力不应超过合理预应力值。

参考文献

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