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张弦梁结构是最近十几年发展起来的大跨度预应力钢结构,它是由弦、撑杆和压弯构件组合而成的新型自平衡体系。该结构充分发挥了拱形结构的受力优势和索材的高强抗拉性能,具有受力合理、制造运输方便、用钢量省、施工简便、自平衡能力强等优点,在大型场馆建设中显示出了良好的应用价值和发展前景。
本文对张弦梁结构的稳定性、施工模拟分析和施工控制技术等方面进行了研究,主要做了以下几方面的研究工作:
(1)对张弦梁结构的稳定性进行了较为系统的理论研究,分别从局部和整体两个方面对结构的平面内及平面外稳定性进行了分析。通过分析得出:①局部稳定性通过结构的几何布置来满足,同时推导了索杆体系平面外刚度的计算公式,并通过算例用ANSYS程序验证了该公式的正确性;②整体稳定性则分为两个方面:平面内稳定性分析采用初参数法;平面外稳定性分析则近似按照上弦拱的来进行,并采用等效长细比把拱比作受压直杆,然后提出了其临界荷载的计算公式,最后通过几个工程实例验证了在张弦梁结构设计分析时该方法的可行性和该公式的正确性。
(2)介绍了施工模拟分析的前进分析法、倒退分析法、改进的循环前进分析法、改进的倒退分析法,阐述了ANSYS分析软件,总结了张弦梁结构的施工方法以及拉索的安装张拉方法与上弦压弯构件施工工艺的关系。以南京新会展中心展厅这一工程为例,应用ANSYS分析软件,对张弦梁钢屋盖的拼装和预应力拉索的张拉施工进行了全过程模拟分析,根据分析结果确定了施工方案以及在施工过程中应采取的合理构造措施,并提出了拉索施工的3项主要控制指标。
(3)阐述了施工控制方法的分类,研究了张弦梁结构的施工控制技术,从而得出:对某一具体的施工方法和施工过程,需要通过施工全过程的模拟分析预先确定施工控制参数值以及各个施工阶段的控制目标,并在施工过程中采取相应的控制措施,以确保施工完成后,结构的几何位形和和内力分布满足设计要求。
(4)以三个典型工程为例,说明控制目标的确定、控制参数的选取以及为达到理想成形状态而需在施工过程中采取的控制措施。最后根据钢结构工程施工质量验收规范,并结合本文的研究成果,提出了张弦梁结构的施工质量控制标准。