拉索抗彎剛度對索桿系牽引提升的影響分析研究.pdf

1、索桿張力結構由拉索和壓桿構成，具有跨度大，自重輕，施工速度快的優(yōu)點，是國內大跨空間結構的發(fā)展趨勢之一。索桿張力結構在設計和分析時，拉索一般都當成是只受拉不受彎的柔性構件。但實際上，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。對于成形態(tài)的索桿張力結構而言，由于預應力的施加，因此將拉索當成柔性構件對結果影響不大，但是對于牽引提升的初始階段，就會對結果產生一定的影響。目前針對索桿張力結構常用的方法，均未考慮拉索的抗彎剛度，更未考

2、慮結構中連續(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程中結構運動位形和整體幾何穩(wěn)定性，應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，對鋼絲繩、平行鋼絲束、鋼絞線、鋼拉桿和勁性索做了詳細的介紹。同時歸納總結了拉索抗彎剛度，初始彎曲和索桿系張力結構施工方法的國內外研究現(xiàn)狀。在此基礎上，回顧了拉索的力學理論基礎，并詳細介紹了基于非線性動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，建立拉索實體模型，研究無張力條件下拉索的抗彎剛度，結果表明，對于沒有捻角的平行鋼絲束來說，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定值。對于有捻角的拉索來說，拉索抗彎剛度隨長度L的增大而減小，同時，當L＞λ時，拉索抗彎剛度隨著拉索長度L的改變不是很明顯，當L≥2λ時，拉索抗彎剛度基本穩(wěn)定。同時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，但當拉索摩擦系數(shù)達到一定值后，摩擦系數(shù)再增加，抗彎剛度改變不明顯。
　　之后針對受純彎曲的開折梁和閉折梁，提出了建立初彎曲應變的分析方法以及開折梁展直分析和閉折梁盤圓分析的方法，基于ANSYS軟件平臺采用APDL參數(shù)化語言編制了程序。再經(jīng)算例分析，修正并驗證了方法和程序的正確性，此程序可以應用于索桿系張力結構中的索單元，為后續(xù)精細化分析研究奠定了基礎。
　　在以上研究的基礎上，本文結合無錫

5、新區(qū)科技交流中心索穹頂這一具體的工程實例，將常規(guī)的分析方法與本文研究進行對比。結果表明，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，結構抵抗變形的能力更強，同時對于連續(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，更加接近于實際。而且受力小長度短的拉索受到的影響比受力大長度長的拉索更大。隨著預應力的施加，這一差距顯著減小，在成型階段幾乎沒有不同。并且在拉索引入抗彎剛度和初始彎曲后，