拉索抗彎剛度對(duì)索桿系牽引提升的影響分析研究.pdf

1、索桿張力結(jié)構(gòu)由拉索和壓桿構(gòu)成，具有跨度大，自重輕，施工速度快的優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)之一。索桿張力結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和分析時(shí)，拉索一般都當(dāng)成是只受拉不受彎的柔性構(gòu)件。但實(shí)際上，拉索由于是由鋼絲捻制而成，所以其本身是具有一定抗彎剛度的。對(duì)于成形態(tài)的索桿張力結(jié)構(gòu)而言，由于預(yù)應(yīng)力的施加，因此將拉索當(dāng)成柔性構(gòu)件對(duì)結(jié)果影響不大，但是對(duì)于牽引提升的初始階段，就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。目前針對(duì)索桿張力結(jié)構(gòu)常用的方法，均未考慮拉索的抗彎剛度，更未考

2、慮結(jié)構(gòu)中連續(xù)彎折索（如索穹頂?shù)沫h(huán)索等）存在的初始彎曲。因此為精確分析施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位形和整體幾何穩(wěn)定性，應(yīng)充分考慮拉索的抗彎剛度和連續(xù)彎折索的初始彎曲。
　　本文首先根據(jù)拉索的分類，對(duì)鋼絲繩、平行鋼絲束、鋼絞線、鋼拉桿和勁性索做了詳細(xì)的介紹。同時(shí)歸納總結(jié)了拉索抗彎剛度，初始彎曲和索桿系張力結(jié)構(gòu)施工方法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，回顧了拉索的力學(xué)理論基礎(chǔ)，并詳細(xì)介紹了基于非線性動(dòng)力有限元的索桿系靜力平衡態(tài)找形分析理論。

3、　　其次，利用有限元軟件ANSYS，建立拉索實(shí)體模型，研究無(wú)張力條件下拉索的抗彎剛度，結(jié)果表明，對(duì)于沒(méi)有捻角的平行鋼絲束來(lái)說(shuō)，在限制其端面的變形后，在純彎曲狀態(tài)下，其變形符合平截面假定，因此，其抗彎剛度基本上是一個(gè)定值。對(duì)于有捻角的拉索來(lái)說(shuō)，拉索抗彎剛度隨長(zhǎng)度L的增大而減小，同時(shí)，當(dāng)L＞λ時(shí)，拉索抗彎剛度隨著拉索長(zhǎng)度L的改變不是很明顯，當(dāng)L≥2λ時(shí)，拉索抗彎剛度基本穩(wěn)定。同時(shí)拉索抗彎剛度隨著拉索捻距的增大而增大，最后拉索的抗彎剛度隨著拉

4、索中鋼絲之間的摩擦系數(shù)的增大而增大，但當(dāng)拉索摩擦系數(shù)達(dá)到一定值后，摩擦系數(shù)再增加，抗彎剛度改變不明顯。
　　之后針對(duì)受純彎曲的開(kāi)折梁和閉折梁，提出了建立初彎曲應(yīng)變的分析方法以及開(kāi)折梁展直分析和閉折梁盤(pán)圓分析的方法，基于ANSYS軟件平臺(tái)采用APDL參數(shù)化語(yǔ)言編制了程序。再經(jīng)算例分析，修正并驗(yàn)證了方法和程序的正確性，此程序可以應(yīng)用于索桿系張力結(jié)構(gòu)中的索單元，為后續(xù)精細(xì)化分析研究奠定了基礎(chǔ)。
　　在以上研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合無(wú)錫

5、新區(qū)科技交流中心索穹頂這一具體的工程實(shí)例，將常規(guī)的分析方法與本文研究進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，在牽引提升的初始階段，考慮了拉索的抗彎剛度和初始彎曲后，結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力更強(qiáng)，同時(shí)對(duì)于連續(xù)閉折索（例如環(huán)索）而言，具有了平面外的位移，這比傳統(tǒng)的不考慮拉索抗彎剛度和初始彎曲的情況，更加接近于實(shí)際。而且受力小長(zhǎng)度短的拉索受到的影響比受力大長(zhǎng)度長(zhǎng)的拉索更大。隨著預(yù)應(yīng)力的施加，這一差距顯著減小，在成型階段幾乎沒(méi)有不同。并且在拉索引入抗彎剛度和初始彎曲后，