預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火性能與防火設計方法研究

預應力張弦梁結(jié)構(gòu)是由剛性上弦、預應力拉索及腹桿連接形成的混合雜交自平衡結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)受力合理，自重輕，近年來廣泛應用于大跨結(jié)構(gòu)屋蓋體系中。然而，由于結(jié)構(gòu)中存在預應力，拉索錨固節(jié)點鑄體材料熔點低，且高溫下預應力索體強度退化更為嚴重等因素，張弦梁結(jié)構(gòu)抗火性能比普通結(jié)構(gòu)鋼更差。但是，國內(nèi)外對于預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火研究很少，在工程實踐中按普通鋼結(jié)構(gòu)進行抗火設計，造成極大的安全隱患。本項目通過試驗研究、理論分析，從材料、節(jié)點、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)層次對預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火關(guān)鍵技術(shù)問題開展了較為的系統(tǒng)研究：1）對1860MPa級鋼絲進行了高溫熱膨脹系數(shù)試驗研究，揭示了溫度對熱膨脹系數(shù)的影響，建立了高溫熱膨脹系數(shù)擬合公式；2）對1860MPa級鋼絞線、1860MPa級預應力鋼絲等進行了高溫穩(wěn)態(tài)拉伸試驗研究，建立屈服強度、極限強度、彈性模量與溫度之間的關(guān)系模型、以及高溫應力-應變本構(gòu)關(guān)系模型，給出了抗火設計強度指標取值；3）對預應力索進行了高溫應力損失試驗研究，研究了不同溫度、不同初始應力下的應力損失規(guī)律，提出預應力索高溫應力損失理論算法；4）研究提出了5種預應力索體防火保護方法，并通過標準火災升溫試驗，對方法有效性、可行性進行了驗證；5）對鋼絞線-熱鑄錨錨固節(jié)點進行了耐火性能試驗研究，建立了錨固節(jié)點高溫承載力計算公式；6）對預應力張弦梁進行了抗火試驗，研究了火災全過程中索體內(nèi)力、張弦梁變形、溫度分布隨時間的變化規(guī)律，以及初始預應力水平、荷載比、火災升溫曲線對張弦梁抗火性能的影響，揭示了破壞模式與破壞機理；7）對預應力張弦梁進行了有限元數(shù)值參數(shù)分析，重點研究了初始預應力比、荷載比、受火條件等因素對張弦梁抗火性能的影響；進而提出了預應力張弦梁抗火安全判定準則、抗火承載力實用計算方法以及防火設計方法。本項目研究結(jié)果對預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火設計具有理論意義和應用價值，對于預應力鋼結(jié)構(gòu)抗火研究也具有參考意義。 2100433B

預應力張弦梁結(jié)構(gòu)是工程常用的大跨度結(jié)構(gòu)形式。由于火災下鋼材性能退化和熱膨脹導致拉索預應力嚴重損失、拉索錨固節(jié)點鑄體材料（低熔點鋅銅合金、環(huán)氧樹脂）熔點低等不利因素影響，張弦梁結(jié)構(gòu)抗火性能遠比普通鋼結(jié)構(gòu)差，但目前國內(nèi)外對此研究很少。為此，本項目擬采用試驗和有限元理論、基于極限平衡狀態(tài)的溫度增量迭代分析法相結(jié)合的研究方法，從材料、節(jié)點、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)層次對預應力張弦梁結(jié)構(gòu)抗火關(guān)鍵技術(shù)問題開展系統(tǒng)研究，揭示火災作用對索體材料力學物理性能、索體錨固節(jié)點受力性能、預應力張弦梁受力性能的影響規(guī)律，建立索體材料的熱膨脹系數(shù)、強度、彈性模量與溫度之間關(guān)系模型以及高溫應力-應變本構(gòu)關(guān)系模型，建立火災下索體升溫及預拉力損失簡化計算方法、索體錨固節(jié)點防火設計方法、張弦梁抗火承載力實用計算方法，提出預應力張弦梁抗火安全準則，系統(tǒng)地解決預應力張弦梁抗火分析及防火設計問題，為工程設計及規(guī)范編制提供依據(jù)。

本書對預應力張弦結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌分析方法、抗連續(xù)倒塌性能、提高抗連續(xù)倒塌能力的措施等進行了系統(tǒng)研究。具體內(nèi)容包括：根據(jù)大跨空間結(jié)構(gòu)的受力特性和荷載特點，提出基于頻率靈敏度的對稱分組方法來判斷大跨空間結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件；在ANSYS上二次開發(fā)出空間結(jié)構(gòu)靜力仿真分析程序，為空間結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計提供依據(jù)；提出采用預應力等效荷載法模擬張弦結(jié)構(gòu)的拉索失效；給出防止張弦結(jié)構(gòu)發(fā)生上弦局部破壞和撐桿連鎖破壞的充分條件；提出采用應力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)。結(jié)合新廣州火車站和天津梅江會展中心張弦結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設計，探討大跨空間結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的設計方法，提出多種張弦結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的措施。

前言

第1章緒論

第2章結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件判斷方法

第3章基于頻率靈敏度的關(guān)鍵構(gòu)件判斷方法研究

第4章考慮初始缺陷的空間結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌靜力仿真分析

第5章索失效的模擬方法研究

第6章?lián)螚U截面和間距對連續(xù)倒塌的影響

第7章應力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)

第8章提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的措施

第9章新廣州火車站屋蓋結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能分析

第10章天津梅江會展中心抗連續(xù)倒塌性能分析 2100433B

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)設計

第一節(jié) 張弦結(jié)構(gòu)的特點及工程應用

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)定義和力學特性

三、張弦梁結(jié)構(gòu)的預應力特性

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

五、張弦梁結(jié)構(gòu)的抗風和抗震設計

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)預應力分析

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、施加預應力階段的計算

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)分析與設計

一、張弦架結(jié)構(gòu)參靈敏

二、荷載設計參數(shù)選用

三、荷載工況

四、靜力分析結(jié)果

五、地震作用分析

六、預應力的施加及結(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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