張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu)是一種新型的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系 ,在 20世紀(jì) 90年代初 ,由悉尼大學(xué)的科研人員 提出。它由兩側(cè)的剛臂區(qū)域和中間的活動桁架區(qū)域三部分組成。在剛臂區(qū)域 ,上弦、下弦和腹桿均采用 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件 ,所有構(gòu)件都采用剛性連接 ,下弦是一根 連續(xù)的構(gòu)件 ,因此剛臂部分在張拉成形過程中的運 動與剛體相似 ;在活動桁架區(qū)域 ,上弦和腹桿仍采用 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作 ,而下弦鋼構(gòu)件則設(shè)有間隔 ,將后張 預(yù)應(yīng)力索穿過整個下弦。在張拉成形過程中 ,結(jié)構(gòu) 共設(shè)置兩處支座 ,一側(cè)為固定鉸支座 ,另一側(cè)為滑動 鉸支座。施工時 ,通過對下弦預(yù)應(yīng)力鋼索的張拉使 下弦逐漸縮短 ,間隔依次閉合 ,直到活動桁架部分的 下弦形成一個連續(xù)的構(gòu)件。在此過程中上弦逐漸彎 曲 ,桁架柱由傾斜變?yōu)榇怪睜顟B(tài) ,最后形成一個鋼拱 架結(jié)構(gòu)體系。
張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu)整體成形過程如圖 1所示。 在張拉成形的過程中 ,張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu)的上弦梁 將產(chǎn)生很大的變形。例如一個成形后跨度 100m左 右的結(jié)構(gòu) ,滑動支座處的水平位移和頂點最大豎向 位移可達(dá) 10m以上 ,是典型的幾何大變形問題。由 于很大的彎曲變形 ,上弦梁通常要進入塑性工作階 段。因此結(jié)構(gòu)成形過程屬于幾何和材料雙非線性問 題。結(jié)構(gòu)到位后 ,將滑動鉸支座處固定 ,結(jié)構(gòu)即可承 受荷載。
該結(jié)構(gòu)優(yōu)勢在于 :構(gòu)造簡單 ,受力明確 ;節(jié)約鋼 材 ;張拉成形后的拱架體系基本無水平推力 ;施工建 設(shè)速度快 ,節(jié)約施工成本 ;由于部分屋面體系可在張拉前安裝 ,減少高空作業(yè) ,增加施工安全性。
針對該類結(jié)構(gòu)體系 ,國外學(xué)者已經(jīng)做了大量理 論研究及試驗工作。國內(nèi)雖然于 1995年和 2001年 分別建成兩座張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu) ,但從設(shè)計到施工 主要都是由國外企業(yè)完成。為了真正掌握該項新技 術(shù) ,我們對張拉弦鋼拱架結(jié)構(gòu)進行了全過程計算分析方法的研究與試驗研究 ,并編制了專用的計算機 程序。本文將對其計算分析方法及其專用程序開發(fā) 進行介紹。