多次预应力拱桁架静力试验

!~!

第38卷第2期建　筑　结　构2008年2月

多次预应力拱桁架静力试验

张爱林　王冬梅　张国军　刘学春

(北京工业大学建筑工程学院　100022)

3

[提要]　对预应力张弦拱桁架进行了模型试验研究,通过多次张拉预应力索分级加载,验证可滑移弹性支座

在张拉过程中的滑移性能,测试多次张拉过程中拱桁架构件的应力及结构的位移变形,并与理论计算结果进行了对比。结果显示,多次施加预应力可以有效降低结构内部应力峰值,增大结构承载能力。试验模型及结论可以为今后此类工程的设计和施工提供参考。

[关键词]　多次预应力　张弦拱桁架　静力试验

StaticLoadExperimentalMulti2prestressedArchTrussStringStructureModelΠZhangAilin,WangDongmei,ZhangGuojun,LiuXuechun(CollegeofArchitectureandCivilEng.,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China)Abstract:Themodelexperimentalofprestressedarchtrussstringispresented.Theperformancetheslidingelasticbase2isolatedbearingistestedthroughmulti2tensioningcableandsteppedloading,andthestressandstructuraldisplacementaremeasuredduringtheexperimentprocess.Theelementanalysisresult.Theexperimentshowsthatitcanreducethepeakvalueoftheload2bearingabilityeffectivelythroughmulti2tensioningcableandsteppedKeywords:multi2prestressed;archtruss0　引言

　　,成为张弦拱桁架。站楼钢屋架和广州国际会议展览中心展览大厅钢屋盖,在结构中引入多次预应力(加载→预应力张拉→加

),即在施工过程中交替载→预应力张拉→加载→……

施加预应力和荷载,反复利用材料弹性范围内的抗拉、抗压强度幅值,可以大大提高张弦拱桁架结构的承载能力。为进一步研究张弦拱桁架多次张拉施工对结构的影响,设计了一端铰接,一端为可滑动支座的跨度

6m的两榀张弦拱桁架模型,通过多次张拉预应力索分

级加载,研究可滑移弹性支座的滑移性能,测试张拉过程中拱桁架构件的应力,结构的位移变形,并与理论计算结果进行对比。

1　模型试验111模型设计

图1　上部拱桁架

模型为跨度6m,间距1m的两榀平行张弦拱桁架

(图1),由<18×112无缝钢管在上弦节点连接,拱桁架

按满跨竖向荷载作用下的合理拱轴方程y=4f/l2×x×(3-x)设计。每跨设置三根撑杆,高度分别为840,

1000和840mm,三角桁架宽200mm,高150mm。拱桁架

上弦杆为<32×215,下弦杆为<

42×215焊接钢管。腹杆为<18×112无缝钢管,钢管弹性模量为211×

10MPa。撑杆为<32215,预应力索为1×7<814钢绞线,

5

索两端带有双耳内旋式锚具,通过旋拧可调花篮螺栓施

加预应力。一端采用铰接支座,另一端为可滑移弹性减震支座[1],两端支座下部均为层叠铅芯橡胶垫。模型的上下弦拱由整根无缝钢管冷弯而成,腹杆和连杆均通过焊接与弯管相连。撑杆上部跟拱桁架通过销栓铰接,下部开槽方便钢索通过,并可利用侧向销栓顶紧钢索。112加载方案

在每个上弦节点(端部节点除外)处悬挂砝码篮,共悬挂40个砝码篮,使用的砝码有200N和150N的两种标准铁砖砝码。预应力的施加通过调节每根预应力

3国家自然科学基金资助项目(50278005);北京市科委奥运专项资助项目(Z0005191040111)。

47

!~!

没有归零,仍有残余微应变。在试验最后两步中,预应力索放松后,各个杆件的内力值增大很多,可见预应力索能大大提高张弦拱桁架的承载力和刚度,也充分体现了预应力索的重要作用。

有代表性测点的内力和位移如图3,4所示。

2　计算分析

采用通用有限元软件ANSYS进行分析。拱桁架上、下弦及腹杆均采用三维弹性梁单元Beam44,撑杆

图2　试验加载照片

采用空间三维杆单元Link8。索采用单向受力的三维杆单元Link10,利用参数选取控制其受力状态为受拉,设置Link10的初应变来施加初始应力。一端为铰接约束,另一端为滑动约束。由于结构在加载和张拉过程中变形较大,分析时考虑了大变形效应和非线性分析的应力刚化效应。

为了计算结构跨中节点竖向位移达到试验值时的索内力,索的初始应力,基于,对此进,|Dmax-D|s.t.≤R≤R

索两端的花篮螺栓实现(图2)。

113测试仪器

试验应变测点共110个。由于两榀拱桁架对称并且加载情况一致,因此主要在其中一榀的各弦杆及腹杆布置应变片,另一榀的应变片主要布置在弦杆便于对比。在连接预应力索锚具的钢棒上对称粘贴两个应变片测量索的应变。在滑动支座端部,拱桁架跨中共设置6个千分表用来测量每榀拱桁架滑动支座端的水平位移、全部由IMP数据采集系统自动进行采集记录114试验过程

正式试验前,,了标定试验,,发现预应力索锚具的钢棒上的应变片测得的索力有一定误差,两端应变值差别较大,决定通过控制拱桁架跨中竖向位移来控制预应力大小。按下列步骤依次进行了从多次张拉加载到多次松弛卸载直至初始状态的试验过程:调节索两端的花篮螺栓,施加预应力,使拱桁架跨中竖向位移达到215mm;调节索两端的花篮螺栓施加预应力,使拱桁架跨中竖向位移达到513mm;每个上弦节点施加200N的砝码;施加预应力,使拱桁架跨中竖向位移达到519mm;每个上弦节点先后增加200,150N的砝码;卸载预应力,使拱桁架跨中竖向位移达到-019mm;每个上弦节点砝码篮卸载150N的砝码;卸载预应力,使拱桁架跨中竖向位移达到-613mm;每个上弦节点砝码篮卸载200N的砝码;将预应力索完全放松,进入松弛状态;每个上弦节点砝码篮卸载200N的砝码,至此全部卸载。

115试验结果

试验过程中通过数据采集系统随时监测各个测点的测量值。各杆内力的变化趋势与理论分析结果基本一致,只是两根预应力索端的应变值不太理想,可能是施加预应力时锚具截面受力不均的原因。在卸载阶段有一些残余应变,最后全部卸载复原后各个测点值并48

P为跨中竖向位移Dmax和试验值D之差的绝对值,R为Link10单元的初应变,,R分别为初应变的上下限。

利用参数化设计语言APDL建立参数化分析和优化命令流,采用ANSYS优化技术的子问题法(Sub2

Problem)进行第一次优化,指定初始设计序列和最大可

行性设计序列的数目,按照单一步长在每次计算后将设计变量在变化范围内加以改变。然后采用扫描法

(DVSweeps)进行第二次优化。在求解时,初应变上下

限的取值以及扫描评估点数量的选取对最终优化结果都会有一些影响。

3　理论计算与试验结果对比分析

根据试验模型的实际尺寸和连接方法建立ANSYS计算模型进行计算分析。将实测应变通过计算转化为各杆的内力,并与计算模拟分析结果进行对比。部分结果对比见图3,4。图3(a)为试验过程中拱桁架跨中竖向位移值跟理论计算值的对比。由于各阶段是连续进行的,中间间歇时间较短,结构内力仍有微量调整,

图3　位移变化图

!~!

试验数据采点时位移值会有微小变化。图3(b)为滑动支座端部水平滑移值跟理论计算结果的对比。由于试验中滑动支座穿过滑移槽的螺栓并没有完全放松,压力弹簧仍有一些压力,在开始滑动时有些摩阻力。图4(a)为试验过程中索内力变化情况,由于前述原因各个索应变值的离散性比较大,图中所示的试验结果为一个索两端应力的平均值,是第一段直线索(索锚具与第一根撑杆间索)的内力。图4(b)～(f)分别为拱桁架几个代表性杆件内力变化 …… 此处隐藏：3579字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……