上海源深体育馆预应力张弦梁屋盖ansys.docVIP

目录 1荷载取值 2 2结构变形控制标准 2 3计算说明 2 4计算结果 4 附录 风荷载取值说明 9 上海源深体育馆预应力张弦梁屋盖 计算说明书 1荷载取值 （1）除灌浆外的恒载 张弦梁、连梁、檩条、斜撑：0.536kN/m2 屋面板：0.2 kN/m2 吊挂荷载：0.13 kN/m2 合计：0.866 kN/m2 （2）活载 屋面活荷载：0.5 kN/m2 马道和灯具：0.2 kN/m2 （3）风荷载 风荷载设计值： 1.16 kN/m2（风吸） 注：风荷载具体计算说明见附。 （4）水泥砂浆 灌浆部位选为上弦跨中21m，水泥砂浆重度为20kN/m3，灌浆后恒载标准值为0.987 kN/m2。此时恒载标准值和马道和灯具荷载之和为1.187 kN/m2，稍大于风荷载设计值。 （5）预应力 有效预应力（端索）大小为439kN。 2结构变形控制标准 依据《钢结构设计规范》GB 50017-2003，对无悬挂吊车的大跨度屋架结构（跨度等于或大于60m），按永久和可变荷载标准值计算的挠度容许值可取跨度的1/250。对于预应力张弦梁结构，预应力是长远作用于结构上的荷载，其性质可以视同永久荷载，但其变异性幅度大，又接近于可变荷载。对于本工程，取张弦梁结构在永久、可变荷载标准值和预应力共同作用下的挠度的限值为跨度的1/400，即： ωTP+ωGK+ωQK≤1/400 （1） 式中：ωTP——预应力张拉过程中施加的部分永久荷载和预应力共同作用下的挠度； ωGK——预应力张拉后施加的余下部分永久荷载作用下的挠度； ωQK——可变荷载作用下的挠度。 3计算说明 （1）有限元计算模型 本计算采用有限元分析软件ANSYS对上海源深体育馆张弦梁结构进行了非线性全过程分析，上弦矩形截面采用空间非线性梁单元BEAM188，腹杆、连梁、檩条和斜撑采用空间杆单元LINK8，下弦钢索采用只拉不压杆单元LINK10，建立有限元计算模型如图1所示，基本计算参数如表1所示。 图1 有限元模型 表1 基本计算参数 构件名称 截面尺寸 （mm） 材料规格 弹性模量 （MPa） 上弦（BEAM188） 540×360×18矩形截面 Q345B 2.06×105 下弦（LINK10） φ5×163 高强钢丝束（σu=1670MPa） 1.90×105 腹杆（LINK8） 245×8圆钢管 Q345B 2.06×105 连梁（LINK8） 400×180×8×10工字钢 Q345B 2.06×105 檩条（LINK8） 300×150×6×5工字钢 Q345B 2.06×105 斜撑（LINK8） 203×6圆钢管 Q235B 2.06×105 （2）施工阶段模拟 施工时拟采用高空施工技术，即首先通过架设脚手架和脚手板在空中形成一个操作平台，各构件的拼装和预应力张拉均在此平台上进行，具体次序如下： 上弦、腹杆、连梁、檩条和斜撑的拼装； 八榀张弦梁同步整体张拉； 上弦跨中三个节段内灌浆； 安装屋面板以及吊挂设备。 本文采用生死单元法分3个荷载步对以上施工过程进行模拟，做法如下： 第一个荷载步：将各下弦钢索靠近两端支座的单元替换为一对等值反向的力，该力大小即为张拉力大小，下弦其它单元用加初应变的方法来施加张拉力。 第二个荷载步：去除第一个荷载步中的等值反向的力并激活各下弦钢索靠近两端支座的单元。 第三个荷载步：在上弦跨中三个节段各节点上施加等值竖向荷载模拟灌浆质量。 第四个荷载步：在上弦全跨各节点施加等值竖向荷载模拟屋面板和吊挂荷载。 （3）荷载工况 各荷载工况如下： 工况一：预应力＋张拉阶段结构自重（包括张弦梁、连梁、檩条、斜撑） 工况二：预应力＋张拉阶段结构自重＋灌浆 工况三：预应力＋1.0×恒载标准值 工况四：预应力＋1.0×恒载标准值＋1.0×活载标准值 工况五：预应力＋1.2×恒载标准值＋1.4×活载标准值 工况六：预应力＋1.5×(1.2×恒载标准值＋1.4×活载标准值) 4计算结果 （1）结构变形将八榀张弦梁编号如图2示，各榀张弦梁在各荷载工况下的最大竖向位移如表2所示。 图2 各榀张弦梁编号 张弦梁编号 各荷载工况下的最大竖向位移（mm） 工况一 工况二 工况三 工况四 工况五 工况六 1 -29.9 -26.6 21.5 66.7 97.5 167.5 2 -47.2 -39.4 23.6 91.2 137.4 242.1 3 66.9 -49.9 -22.8 109.5 170.5 309.1 4 -79.2 -54.1