摘要: 新型竖向预应力钢结构体系将预应力应用到竖向建筑钢结构体系中,预应力拉索参与抗侧。针对三个原创体系“巨型钢框架—预应力复合支撑体系”、“巨型钢框架—拉索支撑体系”、“预应力巨型支撑-钢框架体系”,采用简化模型理论推导、精细模型数值分析及部分基础... 展开 新型竖向预应力钢结构体系将预应力应用到竖向建筑钢结构体系中,预应力拉索参与抗侧。针对三个原创体系“巨型钢框架—预应力复合支撑体系”、“巨型钢框架—拉索支撑体系”、“预应力巨型支撑-钢框架体系”,采用简化模型理论推导、精细模型数值分析及部分基础性试验相结合的研究方法,着重研究了各单个体系静载受力机理、拉索作用、预应力拉索关键参数确定理论。 论文以深入、系统研究巨型钢框架—预应力复合支撑体系为重点,巨型钢框架—拉索支撑体系、预应力巨型支撑—钢框架体系为验证和补充,最终总结各单个体系拉索截面积及预拉力确定准则和理论,归纳出竖向预应力钢结构体系拉索参数确定准则及一般分析方法,主要研究工作及相应研究成果如下: (1)巨型钢框架—预应力复合支撑体系 分别研究竖向静载、水平静载下复合支撑内力不平衡的原因和调平方法,并建立了拉索初始预拉力及拉索截面积确定理论。竖向荷载下,由于巨型柱剪切刚度的存在,导致力传递分流,复合支撑内力增量不平衡,八字支撑内力增量大于拉索内力增量;对称荷载下的不平衡,只能采用对称手段调平,即通过调节拉索初拉力,实现复合支撑内力平衡;建立了竖向荷载下影响系数调平方法及拉索预拉力确定理论。水平荷载下,由于巨型结构每大层的上、下半段抗侧刚度不同,进而巨型柱上、下段剪力不同,导致复合支撑内力增量不平衡;水平集中力下,八字支撑内力增量大于拉索内力增量;反对称均布荷载下,拉索内力增量大于八字支撑内力增量;反对称荷载下的不平衡,不能采用对称手段(调节拉索预拉力)调平,可通过调节拉索直径,实现反对称水平荷载下的复合支撑内力平衡;建立了水平荷载下影响系数迭代调平方法及拉索直径确定理论。 基于体系在竖向静载、水平静载下的受力特征,确定了拉索期望作用,并依据该期望作用,建立了拉索直径和预拉力确定准则。拉索截面积由“水平荷载作用下,结构的最大层间位移达到设计目标值”及“水平荷载下,复合支撑内力增量平衡”双重准则确定;拉索初始预拉力以“竖向荷载下,复合支撑内力增量平衡”为确定准则。 基于数值分析结构变形图,进行一定的简化,得到竖向荷载及水平荷载下,结构变形模型,基于上述变形模型,依据结构变形叠加原理以及该体系的拉索参数确定准则进行理论推导,分别建立了拉索预拉力、拉索截面积、八字支撑截面积的预估理论。 基于三维杆系模型,考虑材料和几何非线性,分析了体系在加载过程中的结构反应情况,以验证理论成果。并上下浮动外部荷载,分析体系的荷载灵敏度。将新型体系与巨型框架及巨型桁架进行对比分析,验证了新型体系的优越性。 (2)巨型钢框架—拉索支撑体系及预应力巨型支撑-钢框架体系 通过分析这两个体系的受力特点,依据最优结构性能,确定拉索期望作用,并依据该期望作用,分别建立了两个体系各自的拉索截面积和预拉力确定准则。两个体系的拉索截面积均以“水平荷载作用下,结构的最大层间位移达到设计目标值”为准则。巨型钢框架—拉索支撑体系的拉索初始预拉力由“最不利工况下,受压侧预应力拉索剩余拉力接近零”及“正常使用状态下,巨型梁的变形满足规范要求且不出现反拱”双重准则确定;预应力巨型支撑-钢框架体系的拉索预拉力以“最不利工况下,受压侧预应力拉索剩余拉力接近零”为确定准则。 基于合理假设采用简化模型,依据上述确定准则,分别建立了两个体系各自的拉索截面积和预拉力的确定理论。 (3)竖向预应力钢结构体系拉索参数确定一般准则及一般分析方法 竖向预应力钢结构体系中,拉索截面积以“水平荷载作用下,结构的最大层间位移达到设计目标值”为一般确定准则;拉索的初始预拉力以“最不利工况下,受压侧预应力拉索不失效”为一般确定准则。 对于竖向预应力钢结构体系拉索参数确定理论的一般分析方法:首先分析结构受力机理,确定拉索期望作用,然后依据该期望作用及拉索参数确定的一般准则,建立既定体系的拉索参数确定准则,最后基于结构变形模型,建立拉索参数的确定方法。 收起