全局布索预应力刚架的应用研究

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在现有门式刚架和预应力技术的研究基础之上,本文从全新的视角,提出全局布索预应力刚架体系,并且利用有限元软件SAP2000,着重研究该结构静载受力机理、预应力拉索的作用,进而确定该新型结构的适用范围。  通过研究单工况及组合工况下刚架的受力变形性能,确定了全局布索预应力刚架中各部分的作用机理。索支部分对刚架梁产生向上的顶推力,能够很好地改善结构在竖向荷载作用下的受力变形性能;在水平反对称均布荷载下,顶推力使刚架梁的内力分布更不均匀;在梁上风吸力作用下,索支索力损失,当预应力施加不够时,拉索失效。隅撑部分对刚架梁产生向下的拖拽力,在竖向荷载下,隅撑索力损失,当预应力施加不够时,拉索失效;在水平反对称均布荷载下,拖拽力使刚架梁的内力更不均匀,但是有助于提高刚架的抗侧性能;在梁上风吸力作用下,隅撑索力增大,抵抗了部分风吸力的作用。但索支与隅撑共同使用,可有效改善组合工况下的内力分布,提高结构性能。  基于各部分拉索的作用机理,确定了拉索期望作用及预拉力确定准则,即拉索在所有工况下均有效,并且在预应力及使用荷载的作用下,梁中存在至少两个截面控制弯矩达到弯矩极值,这两个梁截面控制弯矩可以出现在不同截面,也可以是同一个截面在不同荷载组合状态下的。  基于预拉力准则,对全局布索预应力刚架的预应力参数及结构参数进行分析,确定了各参数的确定原则及该刚架的适用范围。索支索与刚架柱的夹角主要影响拉索索力向撑杆轴力的转化效率,建议在满足建筑净高的情况下,尽量让索支索与刚架柱的夹角取小值。索支索截面影响索支部分的刚度,应根据刚架梁竖向刚度及受力综合分析确定。隅撑撑杆与刚架柱夹角对于结构性能综合影响较小,考虑隅撑的实际构造建议取45o。隅撑索截面对于结构影响相对较弱,实际工程中可取与索支索相同截面。  对于柱脚铰接和刚接的刚架,当组合效应中风荷载占突出优势时,在常规跨度的刚架中全局布索预应力刚架具有较明显的优势;当刚架跨度很大时,由于水平风荷载作用效应的不变性,以及竖向荷载和风吸力作用效应的变化性,全局布索预应力刚架中的隅撑作用随跨度增大而降低,对于刚架内力和变形的改善效果越发不显著。由此全局布索预应力刚架适用于所需承受风荷载相对较大的大多数刚架,带来的经济效益不容忽视。
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