拉索預(yù)應(yīng)力損失機理及其對在役張弦結(jié)構(gòu)性能的影響

拉索及其預(yù)應(yīng)力對張弦結(jié)構(gòu)的安全性能至關(guān)重要。張弦結(jié)構(gòu)在服役過程中會發(fā)生銹蝕與應(yīng)力松弛現(xiàn)象，從而產(chǎn)生力學(xué)性能的退化，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的服役安全。針對上述問題，本項目開展了拉索全壽命力學(xué)性能的精細化研究。 在考慮時變特性的拉索預(yù)應(yīng)力損失機理研究方面，進行了張弦結(jié)構(gòu)拉索應(yīng)力松弛和銹蝕性能的試驗與有限元數(shù)值模擬研究。得到了張弦結(jié)構(gòu)中松弛造成的預(yù)應(yīng)力損失的分析方法和理論計算公式；建立了單根拉索的精細化松弛模型。根據(jù)拉索銹蝕模型建立拉索彈性模量的時變折減模型；結(jié)合拉索松弛模型，得到了考慮拉索松弛和銹蝕影響的時變模型。 在基于拉索抗彎剛度修正的在役張弦結(jié)構(gòu)索力測試研究方面，進行了拉索彎曲性能試驗、三點彎曲法索力測量試驗及基于拉索抗彎剛度修正的改進頻率法研究。建立了拉索抗彎剛度計算公式；確定了采用三點彎曲法測量索力的拉索抗彎剛度適用范圍；探索并驗證了基于拉索抗彎剛度修正的改進頻率法的適用性。 在拉索時變特性引起的預(yù)應(yīng)力損失對在役張弦結(jié)構(gòu)性能的影響方面，建立了張弦結(jié)構(gòu)拉索預(yù)應(yīng)力損失綜合時變模型；研究了拉索服役期預(yù)應(yīng)力損失對張弦結(jié)構(gòu)性能的影響，在此基礎(chǔ)上制定出在役張弦結(jié)構(gòu)拉索安全保障機制。 2100433B

張弦結(jié)構(gòu)體系已廣泛應(yīng)用于體育場館、會展設(shè)施、交通樞紐等重要工程，服役期內(nèi)拉索松弛和銹蝕會導(dǎo)致明顯的預(yù)應(yīng)力損失，影響結(jié)構(gòu)的承載特性和安全性?，F(xiàn)有預(yù)應(yīng)力損失的研究主要集中在施工階段和溫度效應(yīng)上，對拉索松弛和銹蝕導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失及其對結(jié)構(gòu)影響的研究較為缺乏。本項目在分析服役期內(nèi)拉索預(yù)應(yīng)力損失誘致因素的基礎(chǔ)上，探索拉索松弛和銹蝕機理，研究拉索絞捻特性對松弛模型的影響機制，建立考慮拉索松弛和銹蝕影響的拉索預(yù)應(yīng)力時變模型；分析現(xiàn)有三點彎曲法等索力測試方法的適用范圍以及存在問題，研制拉索彎曲性能試驗裝置并開展系列試驗，建立拉索抗彎剛度計算公式，探索基于抗彎剛度修正的改進頻率法；考慮服役期內(nèi)拉索預(yù)應(yīng)力損失的時變模型以及拉索內(nèi)力實測結(jié)果，研究拉索預(yù)應(yīng)力損失對在役張弦結(jié)構(gòu)承載特性的影響，建立張弦結(jié)構(gòu)索力檢測體系判定、補張拉及換索機制。成果可為大跨結(jié)構(gòu)建設(shè)和運營提供理論支撐，對張弦結(jié)構(gòu)安全保障具有重要科學(xué)意義。

在膠合木穹頂結(jié)構(gòu)下適當(dāng)增加撐桿和拉索，形成弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系，這樣既增加了結(jié)構(gòu)的剛度，又可跨越更大的空間，還可節(jié)省木材用量。由于木材的蠕變特性，在弦支膠合木穹頂結(jié)構(gòu)的施工階段，預(yù)應(yīng)力施加程序受到蠕變的影響，因蠕變引起的預(yù)應(yīng)力損失大于相應(yīng)的弦支鋼穹頂結(jié)構(gòu)；在弦支膠合木穹頂結(jié)構(gòu)的服役階段，蠕變導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的形狀發(fā)生改變，而大跨度穹頂結(jié)構(gòu)的工作性能對形狀的改變是非常敏感的，蠕變對大跨度結(jié)構(gòu)的影響較其他結(jié)構(gòu)更加顯著。對于弦支膠合木穹頂結(jié)構(gòu)而言，蠕變對張拉過程中預(yù)應(yīng)力的損失影響和蠕變對結(jié)構(gòu)長期性能的影響就顯得尤其關(guān)鍵。本項目重點針對木材的蠕變特點，立足蠕變對結(jié)構(gòu)性能的影響，擬通過對膠合木的蠕變和典型節(jié)點的蠕變進行試驗研究，建立相應(yīng)的蠕變本構(gòu)模型和蠕變數(shù)值計算方法，運用數(shù)值模擬方法對弦支膠合木穹頂結(jié)構(gòu)性能進行深入系統(tǒng)的研究。

第一章 工程概況

第一節(jié) 哈爾濱國際會議展覽體育中心工程概況

第二節(jié) 哈爾濱國際會議展覽體育中心主館工程概況

第二章 張統(tǒng)桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計

第一節(jié) 張弦結(jié)構(gòu)的特點及工程應(yīng)用

一、張弦結(jié)構(gòu)概述

二、張弦結(jié)構(gòu)的特點

三、張弦結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用

第二節(jié) 張弦結(jié)構(gòu)的形式及分類

一、平面張弦染結(jié)構(gòu)

三、空間張弦染結(jié)構(gòu)

第三節(jié) 平面張弦染結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能和一般原則

一、平面張弦染結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能

二、張弦梁結(jié)構(gòu)的形態(tài)定義和力學(xué)特性

三、張弦梁結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力特性

四、平面張弦梁結(jié)構(gòu)平面外稱定和屋面支撐系統(tǒng)設(shè)計

五、張弦梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震設(shè)計

第四節(jié) 平面張弦梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析方法

一、平面張弦梁結(jié)構(gòu)分析的一般原則

二、平面張弦梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力分析

三、平面張弦梁結(jié)構(gòu)放樣形狀的分析

第五節(jié) 索拱體系的解析分析方法

一、施加預(yù)應(yīng)力階段的計算

二、加載階段的計算

第三章 哈爾濱國際會展體育中心屋蓋張弦桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計

第一節(jié) 主館結(jié)構(gòu)形式介紹

一、整體結(jié)構(gòu)形式簡介

二、單榀張弦桁架及其支座

第二節(jié) 張弦桁加結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

一、張弦架結(jié)構(gòu)參靈敏

二、荷載設(shè)計參數(shù)選用

三、荷載工況

四、靜力分析結(jié)果

五、地震作用分析

六、預(yù)應(yīng)力的施加及結(jié)構(gòu)放樣形狀的確定

七、哈爾濱國際會展體育中心工程設(shè)計體會

第四章 大型張弦梁結(jié)構(gòu)的施工方法

第一節(jié) 施工方法概述

一、拼裝施工法

二、滑移施工法

三、整體吊裝法

四、整體提升法

五、整體頂升法

第二節(jié) 哈爾濱會展主館張弦桁架拼裝施工技術(shù)

一、拼裝施工概述

二、散件拼裝

三、整體拼裝

第三節(jié) 哈爾濱會展主館張弦桁架吊裝施工技術(shù)

……

第五章 大型張弦梁結(jié)構(gòu)金屬屋面系統(tǒng)的設(shè)計

第六章 大型金屬屋面系統(tǒng)施工

附錄

參考文獻

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