张弦桁架结构
2010-03-31 16:03阅读：
张弦桁架结构在重力荷载下受力性能
矢高和垂距的影响
对结构的矢高和垂距两项参数进行优化分析是结构形状优化的主要内容，它们都对张弦桁架结构的力学性能有重要的影响。
矢高参数：4.5 5.0
5.5 6.0 6.5 7.0 7.5
8.0 8.5
垂距参数：2.0 2.5
3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
5.5 6.0
当拉索的垂距保持不变时，结构的竖向刚度和水平刚度都会随着桁架矢高的增大而增大，但是增大的幅度会逐渐减小；
当桁架的矢高保持不变时，结构的竖向刚度和水平刚度也都会随着拉索垂距的增大而增大，增大的幅度同样是越来越小；
当保持结构的矢高与垂距之和不变时，结构的水平刚度会随着矢高的增加（垂距的减小）而减小，竖向刚度则基本保持为一个常值。
这说明，对于结构竖向刚度的贡献，矢高和垂距的重要性是基本相同的；而对于结构水平刚度的贡献，垂距的重要性却要高于矢高。
拉索截面影响
4000-16000，每级1000
结构的竖向刚度会随着拉索截面积的增大而明显提高，但是提高的幅度会逐渐的减小；其水平刚度也是会随着A的增大而增大，增大的幅度同样是越来越小
结构的水平反力和弯矩主要取决于柱子的抗侧刚度和拉索的轴拉刚度。当拉索的轴拉刚度不够大时，结构的水平推力主要通过独立柱传递给外界，这是一种不经济的水平力平衡方式，因为柱子本身需要有一定的抗侧刚度，其抗侧刚度越大，则结构的反力和弯矩就越大，而支座弯矩往往是柱子设计时的控制因素，如果弯矩的增加导致柱子本身不满足设计要求就必须要再增大柱子的截面，而这又会导致其抗侧刚度和支座反力的进一步加大。
桁架高度的影响
1.5m-3.5m；每级0.25m
在建筑许可的范围内，增大主要构件的截面尺寸，通过结构高度的空间累积所引起的结构整体抗弯刚度的增大要优于直接改变结构的矢高与垂距等形状尺寸，也就是说截面优化的效率要胜过结构的形状优化。
初始预应力大小的影响
0-2400KN，每级200KN
预应力结构一个重要的共同特点就是预应力会对结构的刚度有贡献
位移曲线却表明，结构在荷载态时的竖向刚度和水平刚度都基本不随初始预应力大小的变化而产生改变。虽然预应力会对结构的水平支反力产生一定的影响，但是作为主要判断依据的位移曲线却表明，张弦桁架结构不能够划入预应力结构的范畴之内，预应力对结构的刚度没有贡献。
撑杆数量及间距的影响
撑杆作为在张弦桁架结构中联系上弦刚性桁架和下弦拉索的构件，可以对上弦桁架提供弹性支撑的作用，减小上弦桁架的跨度，从而改善结构的受力性能。
1、3、5、7、9 &
All
与“结构高度”的关联：无撑杆的张弦桁架结构在重力荷载作用下的受力性能远远不如有撑杆的张弦桁架结构，这是因为无撑杆的张弦桁架无法通过拉索的垂距在跨中形成足够大的“结构高度”。而有1根撑杆的张弦桁架与有多根撑杆的张弦桁架相比，其竖向刚度和水平刚度都大体上比较接近，其原因也是因为它们在结构的跨中位置附近有相同的“结构高度”。但是由于在结构的其它大部分区域内，仅有1根撑杆的张弦桁架，其“结
构高度”一般都小于有多根撑杆的张弦桁架，所以其竖向刚度和水平刚度还是要略小于有多根撑杆的结构。
而对于撑杆的数量不少于3根的张弦桁架而言，如果拉索的线型参数不发生改变，那么结构在任意位置的“高度”都不会随着撑杆数量的增减而产生大的变化，因此其竖向刚度和水平刚度也基本上保持为相同。这样的分析结果是不支持撑杆的弹性支撑论断的，撑杆作为结构水平体系的组成部分，把上弦桁架和下弦拉索的受力联系了起来，但是并不能把上弦桁架的力直接传递给外界，而是只能在结构的内部去寻求平衡，因此撑杆数量的改变对结构刚度的影响很小，其弹性支撑作用的论断是否正确还需要进一步的理论和实践来证实。
张弦桁架结构在风荷载下受力性能
风荷载对张弦结构的可能危害：
受风荷载时，拉索可能出现索力松弛，致使结构高度大幅度减小，致使结构受力性能产生质的变化。
8个风荷载荷载步
重要参数体现：（松弛后）
竖向刚度、水平刚度成倍下降
水平支座反力、弯矩成倍增长
跨中上弦杆成倍增长，端部下弦杆双倍增长
矢高和垂距的影响
其变化规律与结构在重力荷载作用下结构竖向刚度的变化规律十分相似，说明这很可能是由于“结构高度”的改变导致了在产生相同的跨中整体弯矩时，拉索的轴力增量会伴随着“结构高度”的增减而产生不同。
拉索截面影响
随着拉索截面积的增大，风荷载作用下索力松弛速度非线性增加。（二次导数为负）
随着拉索截面积增大，结构的竖向刚度和水平刚度随之增加。
产生上述悖论的原因：索力增大和减小的直接原因都是撑杆节点间距的变化，结构刚度的提高的确会使得在荷载态下撑杆节点间距的变化值减小，这会使得拉索应变的变化值也减小，但是决定拉索轴力的因素除了其应变之外还有其轴拉刚度EA，结构的刚度会随着拉索的截面积的增大呈非线性的增加，增加的幅度会越来越小，这说明结构刚度的增加速度不如拉索的轴拉刚度增加的快，因此二者的乘积，即索力的变化值将主要受到拉索截面积的影响，体现为松弛的速度越来越快。
桁架高度的影响
随着桁架高度的增加，在风荷载作用下索力松弛的速度基本上呈线性的减小。从总体上讲，改变桁架高度对拉索完全卸载之前结构受力性能的影响与改变结构矢高的效果是差不多的。但是在拉索完全松弛之后，结构的竖向刚度就几乎完全取决于桁架本身的刚度，此时增加桁架的高度就可以非常显著的改变结构的刚度，其效果要远远优于改变结构的矢高。
初始预应力大小的影响
初始预应力的大小对于在风荷载作用下索力松弛的速度也是没有影响的，但施加比较大的初始预应力可以使得结构在受到风荷载作用之前，其索力的绝对值更大，因此也可以在一定程度上避免索力完全松弛的现象出现。
撑杆数量及间距的影响
当撑杆的数量不少于3根且分布比较均匀时，改变撑杆的数量对于风荷载作用下索力松弛的速度基本没有影响。
局部撑杆长度优化设计
