拉索结构

拉索结构（通用9篇）

拉索结构 篇1

为缓解巨型桁架节点受力集中, 提高巨型框架的抗侧刚度[1,2], 同时便于工程设计, 作者在巨型钢框架- 预应力复合支撑体系[3]的基础上, 进一步提出了巨型钢框架- 拉索支撑体系 (授权专利ZL201120000547.3) , 如图1 所示.

预应力拉索的作用机理始终是各类预应力钢结构的关键问题, 是拉索参数确定的主要依据[4,5,6,7]. 巨型钢框架- 拉索支撑体系属于巨型结构与预应力钢结构的综合应用, 其中预应力拉索的抗侧机理是亟待解决的问题. 本文先利用力学原理分析了预应力拉索的抗侧机理, 推导了预应力拉索抗侧刚度理论公式, 然后对巨型钢框架- 拉索支撑体系拉索抗侧机理进行了模型试验研究, 并将试验结果与理论推导及数值分析的结果进行对比分析, 三者相互印证, 从而验证了预应力拉索的抗侧机理.

1 预应力拉索的抗侧机理

钢结构中的预应力作用主要表现为以下两种形态: (1) 为结构构件提供反向力, 使结构构件产生反向变形, 以降低内力峰值; (2) 建立柔性拉索的刚度和稳定性, 为结构构件提供弹性约束支承[8].

巨型钢框架- 拉索支撑结构中, 考虑水平载荷方向的不确定性, 将拉索对称布置, 两侧拉索施加的预应力相等. 在初始预应力状态下, 两侧拉索的索力在水平方向上相互平衡, 结构不会产生与水平载荷方向相反的变形. 显然, 在巨型钢框架- 拉索支撑结构中预应力作用并非第1 种形态.

在拉索预紧的基础上, 假设水平载荷方向向右, 巨型钢框架- 拉索支撑结构产生单位1 的侧向变形, 两侧预应力拉索分别发生收缩及伸长变形, 如图2 所示. 左侧拉索中产生压力增量, 右侧拉索中产生拉力增量, 两侧拉索内力增量在水平方向上的分量与水平载荷反向, 预应力拉索参与抗侧. 预应力为斜向布置的柔性拉索建立了轴向刚度和稳定性, 使预紧过的拉索既可承受拉力, 也可承受压力 (只要预应力大于外部载荷引起的压应力) , 从而为结构提供弹性约束支撑, 且无需考虑压杆稳定性问题, 属于第2 种作用形态.

根据变形协调关系得水平载荷作用下拉索变形增量∆LPC, 如图2 所示.

由拉索的本构关系得左侧拉索的压力增量PL

以上两式中, θ 为拉索与水平线的夹角, EPC为拉索的弹性模量, APC为拉索的截面积, LPC为单侧拉索的长度.

同理, 右侧拉索的拉力增量PR

两侧拉索的内力增量在水平方向的分量之和, 即为结构产生单位侧移时预应力拉索产生的水平抗力值R, 也就是预应力拉索的抗侧刚度KPC. 因此

将式 (1) ～ (4) 代入式 (5) 得

由式 (6) 可知, 在拉索有效且保持弹性状态下, 拉索抗侧刚度与索力大小无关, 与拉索的截面积成正比. 在确定了预应力拉索的目标抗侧刚度后, 拉索截面积即可根据此式计算.

2 模型试验

制作巨型钢框架- 拉索支撑体系缩尺模型, 在现有对拉索预拉力与结构抗侧刚度的定性关系研究的基础上, 通过模型试验着重研究拉索截面积与结构抗侧刚度的定量关系, 以验证预应力拉索的抗侧机理.

2.1 试验模型及加载方式

如图3 所示, 试验模型利用钢丝绳模拟拉索, 拉索一端与箱型支座固结, 另一端则通过调节螺栓、锚具等与钢框架的顶点连接, 旋转调节螺栓即可拉紧或放松拉索, 从而调整拉索中预拉力, 具体预拉力值可由穿心力传感器读取.

试验模型的主要参数如下:

钢框架采用单层单跨的形式, 层高500 mm, 跨度400 mm, 其中梁、柱采用30 mm×30 mm×3 mm规格的方钢管制成, 弹性模量为200 GPa;两侧的预应力拉索成 “V” 型布置, 单侧索长为0.76 m (上端夹具与拉索下端夹具之间的索长) , 拉索与水平线夹角为68.2◦, 拉索直径为5 mm, 弹性模量经测定为44.0 GPa.

采用YNS-1000 微机控制电液伺服万能试验机作为加载设备, 由于其只能竖向加载, 故将试验模型横置并锚固在万能试验机的工作台上, 以方便施加相对于模型的水平载荷. 为了减小模型底座的变形, 将模型底座制成箱型截面, 并内置加劲板, 以提高其抗弯刚度. 试验时通过微型金属圆柱将载荷传递给钢框架的顶点, 从而模拟对钢框架顶点施加的水平集中载荷. 建立如图3 所示的直角坐标系, 结构顶点x方向的位移与加载设备下降的位移一致, 因此x方向的位移由加载设备的位移值确定, y方向的位移由安装于结构上部顶点的百分表测得.

2.2 结构抗侧刚度与拉索预拉力的关系

巨型钢框架- 拉索支撑结构中, 预应力为斜向布置的柔性拉索建立了轴向刚度和稳定性, 预应力拉索为结构提供弹性约束支撑. 在线弹性范围内, 只要施加的初始预拉力能够保证拉索在最不利工况下不松弛, 则拉索的轴向刚度与最不利工况下的索力值及初始预拉力值均无关, 整个受力过程中预应力拉索为结构提供的弹性约束支撑的刚度不变. 因此, 该结构的预应力取值准则为:最不利工况下, 受压预应力索的剩余索力大于0[9,10].

2.3 结构抗侧刚度与拉索截面积的关系

(1) 模型试验

选取直径为5 mm的拉索, 利用穿心力传感器和索力调节螺栓精确调整两根拉索的预拉力均为1.0 k N;逐级加载, 记录下顶点载荷分别为1 k N, 2 k N, 3 k N, 4 k N, 4.3 k N (受压索剩余索力正好为0) 时, 试验模型的顶点位移, 试验结果见表1.

(2) 试验数据的修正

当模型底座可看作刚性时, 水平集中力形成的倾覆力矩对于单层框架中柱子的轴向变形影响微乎其微, 即框架顶点在y方向的位移可忽略, 故试验中框架顶点在y方向的位移可近似认为全部是由模型底座的变形造成的. 设由底座变形引起的框架顶点在y方向的位移为∆base, y, 由底座变形引起的框架顶点在x方向的位移为∆base, x, 如图4 所示.

图4 中, H表示试验模型的层高, L表示试验模型的跨度, 底座变形主要发生在加强板以上的部分, 根据几何关系, 可得

屏蔽底座变形带来的系统误差, 结构本身的顶点侧移变形∆x等于结构顶点在x方向的位移总量∆total, x减去由底座变形引起的框架顶点在x方向的位移∆base, x, 即

将式 (7) 代入式 (8) 得

式中, ∆total, x为表1 中的x方向位移, ∆base, y为表1 中的y方向位移.

框架顶点的侧移试验数据根据式 (9) 修正后如表2 所示.

(3) 理论推导

按已知拉索截面积, 并假设拉索在整个受力过程中始终有效, 推导试验模型在顶点水平集中力F作用下 (图5) , 结构顶点侧移∆x.

水平集中力F由钢框架及拉索共同分担, 并按侧移刚度比分配 (假设拉索始终有效, 即存在剩余拉力) . 可分别计算钢框架及拉索的抗侧刚度, 进一步求得钢框架分担的水平力F , ∆x可按纯框架结构在F作用下进行求解.

单位力作用下钢框架x向位移即钢框架的柔度δ[11]

式中Ic表示框架柱的截面惯性矩, Ib表示框架梁的截面惯性矩.

钢框架刚度KF

由钢框架分担的水平集中力值

将式 (6) 代入式 (12) 得

F作用下纯框架顶点侧移即F作用下原结构的顶点侧移∆x

式 (14) 反应的是结构抗侧刚度与拉索截面积之间的定量关系, 一旦验证式 (14) 的准确性, 那么同时也可以证明式 (6) 是正确的.

按式 (14) 计算顶点集中力分别为1 k N, 2 k N, 3 k N, 4 k N, 4.3 k N时的顶点侧移∆x, 结果见表3.

(4) 数值分析

采用SAP2000 对试验模型进行数值分析, 结果如表4 所示.

(5) 结果分析

将表2 ～ 表4 数据绘制于图6.

如图6 所示, 理论推导和数值模拟得到的结构顶点侧移数据与模型试验结果比较一致, 3 种方式得到的结构顶点位移与集中力之间的关系曲线都能很好地吻合, 验证了拉索截面积与结构抗侧刚度的定量关系公式的准确性. 从而也验证, 在拉索有效且保持弹性状态下, 拉索借助于轴向刚度参与抗侧, 其抗侧刚度按式 (6) 确定. 而在确定了预应力拉索的目标抗侧刚度后, 其截面积也可根据式 (6) 计算获得.

3 结论

(1) 巨型钢框架- 拉索支撑结构中预应力拉索的抗侧机理:预应力为斜向布置的柔性拉索建立轴向刚度和稳定性, 使预紧过的拉索既可承受拉力, 也可承受压力 (只要预应力大于外部载荷引起的压应力) , 从而为结构提供弹性约束支撑, 在拉索有效且保持弹性状态下, 拉索的抗侧刚度与索力大小无关.

(2) 理论推导得到拉索有效且保持弹性状态下, 预应力拉索的抗侧刚度计算公式, 并得到了模型试验及数值分析的验证.

(3) 预应力拉索 (有效时) 的抗侧刚度与其截面积成正比, 可根据预应力拉索的目标抗侧刚度确定拉索截面积.

摘要：研究巨型钢框架--拉索支撑结构中预应力拉索的抗侧机理, 为确定拉索参数提供理论依据.基于预应力的作用形态及力学原理分析得到预应力拉索的抗侧机理, 推导了预应力拉索抗侧刚度理论公式.从模型试验的角度进一步研究, 将模型试验的结果与理论推导及数值分析的结果进行对比分析, 最终验证了预应力拉索的抗侧机理:预应力为柔性拉索建立轴向刚度和稳定性, 使预紧过的拉索既可承受拉力, 也可承受压力, 从而为结构提供弹性约束支撑.

关键词：巨型钢框架,预应力拉索,模型试验,抗侧机理

参考文献

[1] 周云, 陈麟, 邓雪松等.巨型框架--耗能支撑结构新体系.广州大学学报 (自然科学版) , 2007, 6 (3) :56-61 (Zhou Yun, Chen Lin, Deng Xuesong, et al.A new structure system:mega braced frame with energy dissipators.Journal of Guangzhou University (Natural Science Edition) , 2007, 6 (3) :56-61 (in Chinese) )

[2] 汪大绥, 周建龙, 袁兴方.上海环球金融中心结构设计.建筑结构, 2007, 37 (5) :8-12 (Wang Dasui, Zhou Jianlong, Yuan Xingfang.Structural design of Shanghai world financial center.Building Structure, 2007, 37 (5) :8-12 (in Chinese) )

[3] 顾盛, 唐柏鉴.巨型钢框架——预应力复合支撑体系拉索截面积预估方法.中国矿业大学学报, 2013, 42 (3) :489-494 (Gu Sheng, Tang Baijian.Estimation method on cable’s sectional area of mega steel frame and pre-stressed composite brace structure.Journal of China University of Mining&Technology, 2013, 44 (3) :489-494 (in Chinese) )

[4] Cao QS, Zhang ZH.A simplified strategy for force finding analysis of suspendomes.Engineering Structures, 2010, 32 (1) :306-318

[5] 杨维国, 邹清, 李兴坡等.索托结构中拉索预应力水平的优化研究.中国矿业大学学报, 2012, 41 (2) :219-224 (Yang Weiguo, Zou Qing, Li Xingpo, et al.An optimized pre-stress level for the design of cable supported trusses.Journal of China University of Mining&Technology, 2012, 41 (2) :219-224 (in Chinese) )

[6] 唐柏鉴, 朱晶晶.撑杆式预应力钢压杆屈曲形态函数研究.力学与实践, 2010, 32 (4) :51-57 (Tang Baijian, Zhu Jingjing.Buckling mode function of stayed steel column.Mechanics in Engineering, 2010, 32 (4) :51-57 (in Chinese) )

[7] 马珺, 唐柏鉴.巨型钢框架——拉索吊挂结构拉索参数确定方法.力学与实践, 2012, 34 (6) :23-26 (Ma Jun, Tang Baijian.Estimation of cable’s parameters in mega steel frame and cable hanging structure.Mechanics in Engineering, 2012, 34 (6) :23-26 (in Chinese) )

[8] 曾滨, 吕志涛.预应力钢结构中的预应力作用及结构分类.钢结构, 2012, 27 (12) :25-28 (Zeng Bin, L¨u Zhitao.Prestress effect of the prestressed steel structure and the classification approach.Steel Construction, 2012, 27 (12) :25-28 (in Chinese) )

[9] 唐柏鉴, 顾盛.预应力巨型支撑--钢框架结构初始预拉力取值准则.沈阳建筑大学学报 (自然科学版) , 2010, 26 (3) :480-484 (Tang Baijian, Gu Sheng.Rule of initial prestress in prestress-mega-braced steel frame structure.Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science Edition) , 2010, 26 (3) :480-484 (in Chinese) )

[10] 梅岭, 顾盛, 唐柏鉴.巨型钢框架——预应力支撑体系预拉力取值准则试验.沈阳建筑大学学报 (自然科学版) , 2012, 28 (5) :776 -781 (Mei Ling, Gu Sheng, Tang Baijian.Experimental study on rule of prestress in steel mega-frame-prestressbraced structure.Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science Edition) , 2012, 28 (5) :776-781 (in Chinese) )

[11] 李国强.多高层建筑钢结构设计.北京:中国建筑工业出版社, 2004

拉索结构 篇2

2、减缓衰老：芦荟中的粘液是防止细胞老化和治疗慢性过敏的重要成分，粘液素存在于人体的肌肉和胃肠粘膜等处，让组织富有弹性，如果液素不足，肌肉和粘膜就会丧失了弹性而僵硬老化。构成人体的细胞，如果粘液素不足，细胞就会逐渐衰弱，失去防御病菌、病毒的能力。

3、解毒作用：芦荟具有抑制过度的免疫反应增强吞噬细胞吞噬功能的作用故能清除体内代谢废物，具有促进肝脏分解体内有害物质的作用，还能消除生物体外部侵入的毒素。放射线或核放射能治疗癌症过程中会引起的烧伤性皮肤溃疡，不仅有解毒、消炎、再生新细胞的作用，还能增加因放射治疗而减少的白血球。

4、抵抗肿瘤：芦荟中的粘稠物质多糖类具有提高免疫力和抑制、破坏异常细胞的生长的作用，从而达到抗癌目的。“芦荟抗原”对于红血球具有凝聚性质，含有能与细胞膜起反应的物质。芦荟抗癌素—A具有强烈的生理活性，能提高人体的抗癌免疫能力，增加NK—细胞，杀死生物内异常细胞一癌细胞等功效。

5、杀菌作用：芦荟酊是抗菌性很强的物质，能杀灭真菌、霉菌、细菌、病毒等病菌，抑制和消灭病原体的发育繁殖，其抗菌杀菌的病菌类有白喉菌、破伤风菌、肺炎菌、乳酸菌、痢疾菌、大肠菌、黑死病菌、霍乱菌以及引发中耳炎、膀胱炎、化脓症、麻疹、狂犬病、小儿麻痹、流行性脑炎等。

6、抗炎作用：芦荟中含有的缓激肽酶成分与血管紧张来联合可抵抗炎症，尤其是所含芦荟的多糖类可增强人体对疾病的抵抗力，能够很好的治愈皮肤炎、慢性肾炎、膀胱炎、支气管炎等慢性病症。

7、健胃作用：芦荟中的芦荟大黄素甙、芦荟大黄素等有效成分起着增进食欲、大肠缓泄作用。服用适量芦荟，能强化胃功能，增强体质，因实证致虚而失去食欲的病危患者服用芦荟也能恢复食欲。健康的人长期服用芦荟和坚持芦荟浴，可以防治一定疾病。

8、活血作用：芦荟中的异柠檬酸钙等具有强心、促进血液循环、软化硬化动脉、降低胆固醇含量、扩张毛细血管的作用，使血液循环畅通，减少胆固醇值，减轻心脏负担，使血压保持正常，清除血液中的“毒素”。

9、免疫作用：芦荟素A、创伤激素和聚糖肽甘露等具有抗病毒感染，促进伤口愈合复原的作用，有消炎杀菌、清热消肿、软化皮肤、保持细胞活力的功能，凝胶多糖与愈伤酸联合还具有愈合创伤活性，因此是一种治疗外伤不留伤痕的理想药品。

10、镇痛作用：芦荟具有镇痛作用，手指肿痛、牙痛而难以忍受时，在患部贴上芦荟生叶，能消除疼痛，神经痛、痛风、筋肉痛等内服加外用芦荟也有镇痛效果，还能预防和治疗宿醉、晕车、晕船等。

11、防腐作用：芦荟汁液具有很好的消毒、防腐作用，夏天皮肤上涂上芦荟汁蚊子不咬，哥伦比亚人常给小孩脚上抹上芦荟汁以防止虫害。芦荟汁喷洒门窗和室内，苍蝇不入，傣族人就是用芦荟汁防止苍蝇进室内的。

12、防臭作用：芦荟具有防止脚、口、腋等体臭的作用。很早以前，人们就用芦荟来消除体臭。非洲刚果人打猎时，在身上抹上芦荟汁，以免被动物闻到体臭。

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浅谈拉索幕墙索结构计算 篇3

拉索式点连接全玻璃幕墙是将玻璃面板用钢爪固定在张拉索结构的全玻璃幕墙。它由三个部份组成:玻璃面板、张拉索结构、锚定结构。

张拉索是跨越幕墙支承跨度的重要构件, 张拉索悬挂在锚定结构上, 它由按一定规律布置的高张强度的索或索和连系杆组成。张拉索起着形成幕墙系统, 承担幕墙承受的荷载并将其传至锚定结构的任务。

锚定结构是指支承框架 (屋面梁、楼板梁、地锚、水平基础梁等组成) , 它承受张拉索传来的荷载, 并将它们可靠地传向基础, 同时锚定结构也是索桁架赖以进行张拉的主体, 张拉索要强力拉紧后才能形成幕墙系统。为了获得稳定的幕墙体系, 必须施加相当的拉力才能绷紧, 跨度越大, 所需的拉力就越大, 为此就须要有承受相当大反力的锚定结构来维持平衡。

玻璃面板由安装在索桁架上的钢爪进行固定, 作填缝处理后, 最终形成幕墙系统。玻璃面板、张拉索结构、锚定结构组成幕墙系统。三者互相依存、互相制约、互相影响。

二、拉索幕墙几种基本结构形式

拉索幕墙根据支撑结构形式不同可以分为双层索幕墙和单层索幕墙。

双层索幕墙即索桁架幕墙。现在使用的索桁架主要有两个形状:折线形和抛物线形 (鱼形) 。矢跨比:1/8～1/25, 宜取1/10～1/12。其典型结构如图1。

单层索幕墙可分为单层索网幕墙和单层单索幕墙。

三、索平衡方程

推导索计算公式时的两个基本假设:

1. 索是理想柔性的, 既不能受压, 也不能抗弯。

2. 索的材料符合虎克定律。

以图3所示的情况推导索平衡方程, 图3表示承受两个方向上的任意分布荷载qz (x) 和qx (x的一根悬索。索的曲线形状由方程z=z (x) 代表。索某点张力T, 其水平分量为H。

(1) 式和 (2) 式就是基本平衡微分方程。

在竖向荷载沿跨度均布的情况下, qz为常量, 即qz=q, 不考虑重力荷载的影响时, 即qx=0, 由 (1) 式得H=常量, 因此 (2) 式可以写成:

(3) 式的物理意义是:索曲线在某点的二阶导数 (当索较平坦时即为其曲率) 与作用在该点的竖向荷载集度成正比。 (3) 式可改写为:

积分两次得:

这是一条抛物线。积分常数可由下述边界条件确定, (参见图4)

x=0时, z=0;

x=l时, z=c;

可求得;C2=0。代入 (4) 式得:

方程中, H为未知量, 需补充一个条件才能完全确定抛物线的形状。例如, 设给定曲线在跨中的垂度f, 即时, ;代入 (5) 式, 求得水平张力H,

带回 (5) 式, 得:

当A、B两支座等高时, 方程为:

索各点张力可按下式计算:

当索比较平坦时, 与1比较是微量, 于是有,

(8) 式所示为抛物线, 其斜率为:

四、索微分平衡方程与简支梁弯矩方程的比较

索微分平衡方程简支梁弯矩方程

二者方程相比较, 只相差一个常数因子H, 因此, 只要两种情形的边界条件也相当, 下述对等关系即可成立。

由此得:

两支座等高时边界条件,

●悬索:左端, z=0右端, z=0

●梁:左端, M=0右端, M=0

两支座不等高时边界条件,

●悬索:左端, z=0右端, z=c

●梁:左端, M=0右端, M=Hc

于是, 可以简支梁的弯矩图按式 (11) 求得索曲线形状。两支座不等高时, 式 (11) 中的M (x) 代表荷载qz (x) 和端力矩Hc共同引起的简支梁弯矩图。如果使M (x) 仅代表由荷载qz (x) 引起的弯矩图, 则式 (11) 应该改成下面形式。

式 (12) 右侧第二项代表支座连线AB的坐标, 因此第一项就代表以AB为基线的索曲线坐标z1 (x) , 即:

由此可见, 当考虑悬索的平衡形状时, 不论两支座登高与否, 均可得到相同的结论, 即:如果将两支点的连线作为索曲线竖向坐标的基线, 则索曲线的形状与承受同样荷载的简支梁弯矩图完全相似。因而, 可以得出悬索宏观形式的平衡条件。

五、索长度的计算

由图6可知, 索微分单元的长度为:

整根索的长度可由上式积分求得:

设索曲线的方程由 (7) 式表示, 即:

因而:

按级数展开, 可得索的近似长度:

或

当两支座等高时, 上面两公式分别变成:

如果将斜率的表达式 (15) 代入 (14) 式, 可导得计算抛物线悬索长度的精确公式。当两支座等高时, 公式如下:

六、单索幕墙计算实例

已知条件:单向单索幕墙, 跨度l=9m, 控制挠度f=l/60=150mm, 均布线荷载q=3000N/m。其简图如右图。

解:

1. 索拉力计算

(1) 受荷载后形成的抛物线切线斜率:

(2) 在端点处切线斜率 (索拉力沿切线方向) :

式中α为端点处切线与x轴夹角。所以:

(3) 对整根索进行受力分析, z轴方向合力为0:

ql-2Tsinα=0

解得T=202950N

2. 初选索

135300/600=338.25mm2

根据恒安样本 (2007-2008年版) p14, 选择Φ25索。

其参数如下:

截面积A=369.67mm2;强度1250MPa;最小破断拉力449.15kN;许用荷载249.52kN;弹性模量1.25×105MPa。

3. 索曲线形状变化导致的索长度变化

索原长:s0=9000mm

变形后索长:

s=2l%姨1+l16 2f2+8lf2ln姨l4f+%姨1+l16 2f2姨

解得s=9006.66mm

索长度变化:Δs=s-s0=6.66mm

解得:N1=38482N

4. 温度作用

取最大温度变化ΔT=20°C, 钢索线膨胀系数α=1.80×10-5

温度变化造成的索长度变化:Δl=lαΔT

解得:Δl=3.24mm

由此产生长度增加 (温度升高) 不应使索松弛, 产生的长度减少 (温度降低) 不应使索破断。

, 解得:N2=16635kN

5. 预应力计算

N2按温度升高考虑。

6. 索强度校核

式中:H—索终态拉力, (实际上是索拉力的竖直分力, H≈T)

H0—索始态拉力, H0=181103N=181kN

l—索跨度, l=9m

α—索线膨胀系数, α=1.80×10-5

ΔT—索最大温度变化, ΔT=20°C, 这里按温度降低考虑。

E—索弹性模量, 1.25×105MPa

A—索截面积, A=369.67mm2

q—索终态荷载, q=3000N/m

q0—索始态荷载, q0=0

解得:H=225.37kN<249.52kN, 强度满足要求。

七、手算与有限元计算结果比较

库拉索芦荟田间种植方法有哪些 篇4

1.分株繁殖法：2年生的芦荟在1年内能长出10—15个分蘖，当分蘖长到4—5片小叶和3—5条小根时，可从母株上分离，定植于大田。

2.扦插繁殖法：芦荟长高后，可从茎的顶部10 12厘米处切断，或从叶腋处切取长10 15厘米的幼芽，再将其倒挂在阴凉处放置一周，使切口收缩干燥，然后插入搭盖阴棚的苗床中，促生根成活。幼芽插后约20天生根后，保持土壤湿润，适当追肥，促进幼苗生长，培育壮苗。扦插苗生根3—5条时，即可移栽于大田。

拉索结构 篇5

关键词：点支式幕墙,连接,预应力

0 引言

该技术的使用绝对增加了幕墙的安全性和空气的流动性;毫无疑问这也大大提高了对幕墙的支撑部分要求, 该要求需要支撑结构既能拥有美好的外表又能满足衔接和支撑功能, 并且尽可能降低使用的个数以及横截面积。市面上使用较多的结构有钢架、桁架和其他杆式结构。

在杆式结构中, 预应力拉索 (杆) 结构具有受压情况下部件稳固的优势, 且在较小的横截面上能够承受高强钢索, 同时还满足轻巧型的支撑结构要求, 因此在未来市场中具有好的前景。

1 衔接方式———点支式幕墙方式

目前出现衔接玻璃幕墙的种类大致分为3类:

(1) 沉头式。该方式的结构主要表现为在玻璃各角处都钻上孔, 并根据沉头栓子的横截断面进行孔的扩展, 安装完成后螺栓被深深的埋入在外面玻璃下, 这样就保证了表面的整体平滑且避免灰尘的侵染。然而此孔加工复杂, 并对玻璃有绝对的厚度要求。

(2) 补钉式。与沉头不同, 选用的打孔方式放在了钢化玻璃上, 玻璃被固定在矩形铜质结构上, 并用螺栓加强固定, 金属部分与内部连接板衔接。目前该方式使用较少。

(3) 浮头式。采取的打孔方式也是在钢化玻璃四角上, 并在已经打孔的玻璃垫的内部再插入浮头螺栓, 同时采取将平垫圈放在玻璃与螺栓之间, 这样的目的就是减少玻璃与螺栓之间外力摩擦。

在这3种方式中, 其中含有活动式和固定式的有浮头式、沉头式两种。所谓固定式, 便是在钢板上直接安入一个完整的螺栓;而活动式连接, 指的是一种可活动的、带球铰螺栓, 因其活动自如而得名, 且玻璃的中心和螺栓的转动支点重合, 相比于固定式有了明显的改进。固定式结构的不足之处就是讲支撑部分暴露在玻璃外面, 极易在衔接处发生扭矩;而活动式就不同, 因为具有相同的活动支点, 因此比较灵活不易出现固定式扭矩的现象, 有效的降低应力的集中。

2 预应力索桁架的研发设计

要知道在安装玻璃过程中, 支撑装置、玻璃面板和索桁架这3个部分是共同作用, 缺一不可的。索桁架的位置被摆放在支撑装置的上部, 目的是进行拉伸, 这样才能形成具有一定刚度的桁架以及外观。由此可知, 支撑装置既要承受来自自重、地震、风荷载等等方面的负载, 还要支撑来自外部索桁架的预拉力, 于此同时还要接受受到外部拉力后索桁架产生的反向推力。这种拉力并非轻便而是相当大, 完全超越了使用荷载的承受能力, 所以在对建筑主体构建进行设计时, 倘若不考虑在索桁架上支撑部分在拉力的作用下产生的影响, 那么就无法正常使用拉索点支式玻璃幕墙, 进而需要对主体结构执行加固操作, 当然这样有可能对其他建筑效果造成影响, 而在建筑施工及使用过程中, 支撑装置的变位又直接影响到索桁架和面板, 继而对索桁架预应力和外观达不到有效的结果, 就会对面板的位置和所产生的效果造成影响, 并直接影响到索桁架的刚度和整个系统的稳定性。

幕墙机制的形成必须依靠强力拉紧的索桁架。在一定的限制范围内, 索桁架结构设计的关键点便是所施加外力的力度和分布;而要想使索桁架就有强有力的刚度和坚定的外形结构必须以创建索桁架预应力机制为前提;而σcon表示索桁架预应力需要控制的应力数值。其中钢绞线取值范围控制在大于0.1fptk, 取0.2fptk, 冷拉热轧钢筋数值大于0.2fptk取0.55fptk。其中承力索、稳定索是构成索桁架两大部分, 受到预应力的影响, 需要2层结构共同抵抗来自水平方向的载重, 继而提高整个索系刚度, 由此可以保持索桁架外观稳固性的有效方法就是使用预应力的双层索。

3 工程实例

目前国内功能最全面、规模最大的机场广州新白云机场, 这是一个在建的民航中枢机场。机场的主楼墙壁选用的支撑结构形式为点支式, 覆盖面积高达14.9万平方米。主楼的中部在这次建筑设计中难度最大, 其高33m, 长度达10多米, 在国内也是面积和跨度上最大的机场。作为机场的中部选用的支撑系统是钢桁架与预应力索桁架相互作用, 周围选的结构为柱和格式梁搭建。

在构建设计中, 要兼备建筑良好的通透性和安全因素, 在此针对幕墙的支撑系统给出三种设计方案: (1) 垂直方向的钢桁架水平距离为18m, 桁架高2.0m;而选择的幕墙大小标准为3m*1.5m, 在四周采用的连接方式是通过驳接爪与水平鱼腹式索桁架 (如图2所示) ; (2) 以幕墙面为起点, 每3m设置一个垂直的吊索, 分担玻璃和顶部梁的重量; (3) 而要确保结构在侧面的刚度效果, 则在中部两角设置的2层水平钢桁架 (见图1方案一) 。方案二中的结构与方案一大致相同, 不同的是将水平方向的钢桁架横跨整个衡量 (见图1方案二) 。方案三其他两种的不同点在于: (1) 降低垂直方向钢桁架间距, 降到9m, 高度也降至1.5m; (2) 水平索桁架也进行了变化, 变为梭形的平衡式结构 (如图3) ; (3) 去掉了水平方向的钢桁架。

(1) 为格构式框架柱; (2) 为格构式框架梁; (3) 为竖向钢桁架; (4) 为水平钢桁架.

4 结语

拉索点支式玻璃幕墙采用的技术方法就是在玻璃幕墙上使用钢爪固定玻璃面板, 并在正式安装之前, 对所有参与的工作者进行技术和安全的讲解, 确保参与的每一个人员都知道工作内容、选用方法、使用的技术以及需要注意的安全事项, 做到真正的了解。

参考文献

[1]张芹.拉索式点连接全玻璃幕墙[J].上海建材, 2000 (06) .

[2]刘长龙, 韩平元, 赵西安.宁波栎社机场预应力索结构点支式幕墙的构造与试验[J].建筑技术, 2004 (09) .

拉索结构 篇6

1 斜拉式混合结构体系的模拟计算模型

采用钢网架结构与预应力拉索相结合的刚柔相济的某斜拉式混合结构体系, 罩棚为网壳结构。其俯视图和轴侧图如下所示。

2 预应力施工过程模拟计算分析

2.1 预应力钢结构施工过程

(1) 中间主体钢网架拼装完成。

(2) 利用吊车将梭形柱分段吊装与拼接, 并用揽封绳将梭形柱临时固定。

(3) 梭形柱两侧钢网架拼装。

(4) 利用吊车将与梭形柱相连的上部拉索安装完成。

(5) 网架下部稳定索安装。

(6) 按照分级对称的原则张拉钢索, 对结构施加预应力。张拉分3级, 每级13步, 第1级张拉到控制应力的40%, 第2级张拉到控制应力的80%, 第3级张拉到控制应力的100%。

(7) 预应力施工完成。

根据上文所描述的施工顺序, 对张拉过程进行了模拟计算。计算软件选用结构分析与设计软件MIDAS/gen。MIDAS/gen由韩国钢铁公司-POSCO开发, 成功应用于韩日世界杯体育场及多个大型工程项目中。MIDAS/gen中文版界面友好, 其单元库包含索单元、杆单元、梁单元、板单元及实体单元, 各种单元可以联合计算, 可以进行几何非线性和材料非线性分析, 能够满足本工程施工模拟计算的需要。

2.2 计算结果分析

(1) 竖向位移等值线图 (mm) (如图3~图4) 。

(1) 钢结构与拉索安装完成, 预应力张拉之前。

(2) 第1级、第1步。

(2) 钢结构应力等值线图 (MPa) (如图5~图6) 。

(1) 钢结构与拉索安装完成, 预应力张拉之前。

(2) 第2级、第2步。

(3) 拉索内力等值线图 (kN) (如图7~图8) 。

(1) 钢结构与拉索安装完成, 预应力张拉之前。

(2) 第3级、第3步。

3 结语

(1) 该模拟计算分析验证了施工方案的可实施性, 确保张拉过程的安全。

(2) 给出每张拉步钢索张拉力的大小, 为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据。

(3) 给出每张拉步结构的变形及应力分布, 为张拉过程中的变形及应力监测提供理论依据。

(4) 根据计算出来的张拉力的大小, 可选择合适的张拉机具, 并设计合理的张拉工装。

参考文献

[1]陈绍蕃, 顾强.钢结构[M].中国建筑工业出版社, 2007, 6.

[2]JGJ61-2003, 网壳结构技术规程[S].中国建筑工业出版社, 2003.

[3]陆赐麟, 尹思明, 刘锡良.现代预应力钢结构[M].人民交通出版社, 2003, 12.

[4]邓华, 董石麟, 包红泽.拉索预应力空间网格结构的计算分析方法[J].浙江大学学报 (自然科学版) , 1998, 32 (5) .

拉索幕墙绿色施工节能评价 篇7

关键词：拉索幕墙,绿色施工,节能评价,探讨

0 引言

幕墙是一类悬置在房屋构造框架前端的外墙围护结构, 其本身的重量与承担的风荷载透过锚节点送到房屋构造框架上。幕墙部件间的裂缝与相连要使用当代建设技巧技法进行处置, 让幕墙构成不间断的墙体。而因为拉索幕墙的外表美观、通达, 有着极强的年代气息, 所以建筑领域将其当作评价企业是否高端的判据之一。另外, 大众的审美情趣会映射出当代建筑领域的审美倾向, 让拉索幕墙在高端商业楼或商业饭店建设中被普及使用, 这也能看出建筑企业对其的偏爱程度;其基本上是全球各个大型城市高层建筑立面的统一抉择。拉索幕墙能够降低混凝土外墙的钢筋使用量、混凝土的消耗量, 有着极大的节能价值;然而拉索幕墙是房屋外围护构造, 其温度保持、隔热特性等无法与老旧的墙体相提并论, 并且其热消耗是老旧墙体的五到六倍。幕墙的能源消耗在整体房屋能源消耗中的比例为40%上下, 所以幕墙节能在中国公共房屋规划节能方面有着举足轻重的影响。笔者在下文中将详细阐述。

1 单层拉索幕墙的节能科技

透明拉索幕墙, 按照字面上来理解就是使用玻璃或其它透明原料的幕墙。通常包含单层的玻璃幕墙与当前在全球范围内使用超过二十年的双层玻璃幕墙。玻璃拉索幕墙应兼备冬天保温与夏天散热的需求。当前对其节能的研讨通常偏向于导热功能的研讨、导热流程与建设运转方法融合的研讨与全寿命周期的解析等三大层面。[2]

老式的玻璃拉索幕墙是由浮法玻片构成的单层玻璃幕墙。浮法玻片能够使可见光与长波照射变得可控。在夏天燥热冬天严寒的区域, 因为玻璃的通达性, 夏天日照反射到屋内, 形成温室效果, 导致屋内过度炎热, 让冷气消耗过快。为了化解如此困局, 一般的应对方式是降低玻璃幕墙的运用面积、调节房屋朝向等。通过使用不同种类的遮挡物、挑选合适的玻璃幕墙原料、装设密闭程度高的材料等方式来进行节能设计。

1.1 降低拉索幕墙的应用面积

玻璃幕墙应用面积的缩减, 能够在夏天减少热透射, 让屋内保持相对凉爽, 减少冷气的消耗;冬天能够降低热互换量, 进而减少因为玻璃的保温性能差导致的热消耗。当前, 在幕墙的节能规划阶段, 为了实现立面上的节能功效, 降低幕墙的应用面积并非最佳抉择。[3]

1.2 玻璃拉索幕墙建筑位置的节能规划

建筑位置的调节是房屋外墙节能规划的重要一环。房屋的方位规划应权衡到太阳照射、采光、通气、遮挡等要素。大规模的玻璃拉索幕墙应规避东西两面的日照, 房屋的方位应规划在南北方位。坐北向南的规划在我国大部分区域均十分流行, 然而方位的挑选是由于地区气温、周围环境、建设需要而有所变更的, 切忌一刀切的规划思路。在城市房屋建筑规划阶段, 房屋位置的挑选通常会因为城市部署设计等元素无法完成坐北向南的方位设定, 然而, 却能够透过调节房屋部署来取得有效、科学的位置。

1.3 挑选适合的拉索幕墙原料

因为玻片表层热传导能力理想, 热透射率高所形成的屋内与屋外的温差过大, 除开降低拉索幕墙的应用面积与幕墙建设位置的规划外, 还应挑选合适的拉索幕墙原料。

阳光直射的特征是:可见光照长度 (380-780nm) 、热传导性性能差、红外照射长度 (大于780nm) 。因此, 拉索幕墙原料应尽可能通过短波可见光与长波辐射热反射开来, 如此在降低夏天冷气消耗的阶段, 采光功能也能够发挥作用。例如使用镀膜玻片、low-E玻片、热反射玻片、中空玻片等玻片处置科技以降低阳光穿过玻片的直观辐射量。当中, Low-E玻片, 能够直观地反射红外线辐射 (反射率在80%-95%的范围内) , 阻止玻片吸收热能温度升高以辐射的模式从玻璃面往外传热, 并且其可见光穿透率能够超过80%, 与常规玻片的功能近似。此外, 还能够使用铝制玻片、断热桥原料等热阻偏高的原料, 其散热保温特性较为容易控制, 让玻璃拉索幕墙的热传导效应得到控制。[4]

1.4 拉索幕墙的遮挡节能科技

拉索幕墙能够透过挑选质量理想的玻片来抵挡烈日的光照。然而安装遮挡物、遮挡百叶等模式已经被证明是有效的。而且, 在拉索幕墙上设立遮挡体系, 能够让太阳辐射量降到最低, 进而规避屋内过度燥热, 是夏季燥热区域首选的房屋防热节能策略。

遮挡物有着预防阳光直照、归你形成光晕、改良屋内气温等功效, 并且亦对屋中的采光、通风等形成不同程度的作用。然而, 假如在玻璃幕墙外围设立遮挡物, 就与当初规划宗旨背道而驰, 让房屋丧失了立面效应, 并且屋外的遮挡物长时间暴露在空气中极易损毁, 维保工作强度大增。所以, 大部分的老式拉索幕墙都无法避免地要使用屋内遮挡物。

当前, 屋内遮挡物最为常见的为窗帘, 而遮阳功效怎样决定于窗帘朝向阳光一面的材质。对普通的布匹来讲, 热量的吸取会让屋内的气温升高, 进而让冷气的消耗过多。所以, 使用新式原料就变得极为关键。新式的纳米材质的窗帘不但能够降低太阳照射的反射量, 还有着极为重要的挑选与吸取功能, 可以将紫外线能量转化为热能或它类没有危害、低消耗能等能量, 并完成过滤或释放。

2 双层拉索幕墙的节能科技

双层拉索幕墙是由内部、外部两层的玻璃幕墙构成。两层幕墙中央区域会有一类走道, 能够在外层幕墙设立换风口 (见图1) 。

为了让立面效应得以发挥、视界广阔, 内里幕墙通常使用悬窗构造模式。此外, 还有一类模式是设立通风设备, 通风设备能够装设于幕墙的顶端, 让其操控便利、通气换风更为高效, 提升居住的舒服程度。与老式的拉索幕墙对比, 双层玻璃幕墙得天独厚的夹层规划, 不权可以提升幕墙的保温散热能力, 还能够让遮挡物有一定的存在空间, 让其既可以遮挡紫外线, 又保持了房屋的大气美观。[5]

2.1 双层拉索幕墙的节能原理

双层拉索幕墙在夏天通过“烟囱”功能, 通过天然的通气换风, 让屋内的温度变得舒服;在冬天可以形成温室效果, 提升保暖质量, 减少能源的消耗。双层拉索幕墙在夏日的太阳直照阶段, 幕墙走道内的空气变热, 让空气从上往下移动, 进而减少了走道内的热能量, 形成减少房屋室温的效果。并且, 能够放下半通透窗帘, 通过窗帘反射后, 降低阳光照射量, 降低房屋室温, 降低降温荷载, 实现节能的初衷。

而在冬天, 双层拉索幕墙能够闭合外部幕墙的换风口, 如此一来房屋内的空气在紫外线直照下气温攀升, 让屋内外的温差保持正常, 也降低了屋内温度向外部传导的频率, 让屋内温暖如春, 减少空调的消耗量。

2.2 在双层拉索幕墙内填充相异的气体

在双层玻片窗户内填充空气与氩气, 节能效果极为显著。要使用精华空气双层玻片、净化氩气双层玻片、净化高得热数据的空气双层low-E (e2=0.1) 玻片;净化高得热数据的氩气双层low-E (e2=0.1) 玻片、净化低得热数据的空气双层low-E (e2=0.04) 玻片等科技。在对青铜颜色空气双层玻片、青铜颜色气层玻片实施的对比研讨中, 笔者发现:在采暖时节, 为了减少采暖的能源消耗, 应尽量挑选导热系数小的填充介质或low-E的放射数据低的框架, 在夏天窗门体系的导热数据是关键的作用数据;而在换季阶段, 应首先选用low-E与放射数据低的窗门体系。[6]

2.3 透过加强通风降温, 减少能量消耗

幕墙周围的气温通常要比气象观察气温高若干度, 对每层隔离的双层拉索幕墙来讲, 幕墙中的换风量是决定于风速与风向的, 而并非烟囱效应。在规划阶段, 应把双层拉索幕墙和换风口隔离, 预防夏天热风灌入, 抑或如德国Debis企业这样, 在燥热的夏天全部开启外层幕墙, 然而这类创设的成本居高不下, 并且致使冬天的保温特性无法发挥。

3 设立热缓冲区

热缓冲区, 即是在拉索幕墙与房屋间设立一个空间。比如, 经常应用到的外包阳台或平台。如此的设计, 让节能原理和双层拉索幕墙相似, 但是因为其空间庞大, 假如处置好换风的难题, 其能够使热量高效分离, 有着特殊的降温功能, 进而让屋内的冷气消耗量减少。因为这个空间与温室相似, 能够适量栽种植物, 变成一类绿色休息会所。

4 幕墙使用太阳能节约能源

因为能源紧张, 主动类太阳能建设节能规划是房屋使用太阳能节能的大势所趋。而被当成建筑立面的幕墙, 在太阳能使用层面有着得天独厚的优势。当前, 伴随科学技术的发展与新式拉索原料的诞生, 为房屋使用太阳能奠定了基础。当前, 国际上使用的光电幕墙发电就是很好的例子。光电幕墙是在玻片中央复合光电池板块, 之后在装设阶段相联, 进而构成一类发电体系。[7]

5 结束语

拉索幕墙的节能策略与幕墙规划紧密相连, 以往的单层拉索幕墙使用的节能策略较为常规, 而双层拉索幕墙的节能策略通常要变更两层拉索幕墙的空气的热传导能力并强化其对流来实现。

参考文献

[1]唐际宇, 黄业信, 王维, 等.南宁吴圩国际机场新航站楼曲面外倾斜拉索幕墙玻璃安装施工技术[J].施工技术, 2015, 44 (9) :1-3, 16.

[2]梁凯生.上海国际港客运中心外层弧形幕墙预应力钢结构的张拉及的安装[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2014 (17) :729-730.

[3]肖亮亮.单层索网幕墙的设计要点——招商局上海中心单层索网幕墙工程[J].建筑工程技术与设计, 2015 (18) :397-398.

[4]曾滨, 惠存, 韩维池, 等.S60框架幕墙系统自攻螺钉抗拉拔性能试验研究和计算方法分析[J].工业建筑, 2015, 45 (11) :176-180.

[5]史品宁.上海迪士尼乐园酒店项目马赛克幕墙设计难点分析--建筑幕墙技术方案与艺术效果的碰撞融合[J].城市建筑, 2016 (26) :15, 17.

[6]张宇, 逄扬.超高层幕墙的工业化建构——以大连中心裕景幕墙工程为例[J].建筑技艺, 2013 (4) :222-224.

斜索桥拉索更换施工方法浅析 篇8

1 换索前的施工准备

1.1 施工现场准备

(1) 搭设脚手架。

旧拉索的拆除, 新拉索的安装、张拉施工均需要操作平台。为便于人员上下和运送材料, 在每个塔柱四周布设钢管脚手架, 支架材料采用Φ48mm×3.5mm的脚手架钢管, 全部支撑在承台基础上, 在支架内设置“之”字型爬梯。为保证钢管脚手架的稳定, 每隔5m设一道夹持塔柱的水平横联。

(2) 清理工作。

此项工作主要针对上锚杯、下锚箱、上下锚管的清理。首先, 打开原上锚杯钢护筒, 清除黄油、旧钢丝及锈迹。然后, 对下锚箱外封钢板气割清除, 利用空压机配以风镐凿除下锚箱内的残存混凝土。最后, 在上下锚箱清理工作完成后, 即着手对上、下锚管的清理。先拆除橡胶减振器, 凿除混凝土索座, 割除多余锚管, 利用电钻、风钻及钢钎将锚管内清理干净, 然后在底锚管和索管之间进行防护, 在接点处采取注塑防护, 严防雨水侵入。如果不进行清理工作, 拉索上锚具卸不下来。因此, 此项工作需换索前完成。

(3) 核对拉索参数。

当塔和梁上的支架完成以后, 打开拉索锚箱, 对拉索锚端的外露尺寸进行测量, 以便计算、复核拉索制作长度。

1.2 施工机械准备

拉索更换工作需要的主要施工机械有卸索、挂索的连接器, 张拉螺杆引出杆、张拉千斤顶及油泵、卷扬机、油表、反力架, 垫板等。监测设备主要有索力仪和精密水准仪。

1.3 施工监控准备

在换索工程中需要进行全方位监控, 主要针对索力和标高的监控。在卸索和张拉新索的施工程序中, 运用索力仪和精密水准仪等仪器对所换索及相邻各索进行索力监测、对对应位置处的桥面标高位移进行监测, 此外, 还可以进行梁底或塔根部的混凝土应力监测。

2 换索施工工艺

2.1 卸除旧索

2.1.1 过程

在桥面安装收 (放) 索辊道并设置索盘, 并清除梁上锚头钢护筒内混凝土, 同时在索塔根部安装卷扬机, 塔顶安装定滑轮组, 在梁上待换索位安装悬臂挂篮。用卷扬机将千斤顶吊至塔上, 在塔上张拉端锚头上装好张拉设备, 对拉索进行松张。松张需进行两次松张对照, 当两次油表读数差别不大时可进行卸索。卸索应分级进行, 卸索至大螺母与锚头连接剩下4~5个螺纹时, 卸下张拉设备, 安装软牵引装置, 继续进行放松至索力小于5t。待拉索放松后, 用卷扬机牵引滑轮组吊索, 缓慢收紧至软索牵引装置完全松弛后, 拆除软牵引装置, 用卷扬机将索徐徐放下, 放在辊轴上。进入梁身段锚固端的挂篮, 拆除固定端螺母, 用卷扬机牵引将拉索下锚头抽出。最后将端头固定在空盘上收盘, 运出现场。

2.1.2 注意事项

(1) 卸索时, 应特别注意记录锚具大螺母松开时对应的千斤顶油表读数, 并进行两次放张, 以便对照, 差别不大时方可进行卸索; (2) 卸索过程中, 应全过程跟踪观测梁顶面标高变化, 并与理论计算值进行对比, 如有异常, 应立刻停止斜拉索卸索工作, 待找出原因后方可进行; (3) 卸索时, 塔身两岸应对称进行, 尽量保证主塔两侧受力平衡而不产生偏载。

2.2 新索安装

2.2.1 过程

将新索吊至锚固段附近, 放置长度与索长相近, 用卷扬机将拉索展开, 平放在滚轮上。固定梁身段锚头, 确定拉索吊点安装夹具, 将下锚杯放入下锚头钢护筒中, 将下锚头固定螺母安装至指定位置。在距索端1.5m处安装夹具, 将拉索与卷扬机连接缓慢提升拉索, 至锚头钢护筒附近。安装软牵引装置, 直至能与新索相连接。安装齿板和连接器, 调整千斤顶与撑脚, 将工具动锚卡紧。将转换套与软牵引连接器对正, 然后将连接器旋进转换套, 开始软牵引张拉。钢绞线慢慢收紧, 拉紧后拆除滑轮组吊钩。千斤顶行程20cm后, 锁定工具定锚, 油泵回油, 工具动锚回到原位。然后重复此程序, 直至拉索锚头进入钢护筒并行进至另一端露出3个螺纹, 将固定螺母旋紧。卸除软牵引装置, 安装张拉设备。检查无误后开始张拉;两侧千斤顶同步逐级加载至旧索卸载吨位;测频法复核索力及梁、塔测量, 调整索力至符合要求;拧上拉索螺母。

2.2.2 注意事项

(1) 挂新索前用精密水准仪对桥面高程进行测量, 测出拉索挂索前的桥面高程。

(2) 新拉索展开时, 用滚筒作为铺垫, 目的是保护拉索防护层不被划伤或破坏。

(3) 张拉新索应缓慢、分级进行;当索力达到设计索力时, 持荷10min, 此时需检查更换的新索索力是否达到原有索力, 桥面高程是否恢复到换索前的高程。当确认索力和高程恢复到原有的索力和高程时, 即可进行下一根拉索的更换。

2.3 换索顺序

拉索逐根更换, 并采取双向对称进行方式, 即每次于塔柱两侧对称各更换一束, 更换完成以后, 于另一塔柱两侧再对称各更换一束, 交替进行。同一索号更换完成后再进行下一索号更换。在更换斜拉索时, 每束均按设计给定的索力进行张拉锚定, 待同一索号斜拉索全部束均更换完毕后, 全部的束再同时张拉进行索力调整, 使其达到给定的索力。

3 换索后的索力调整

拉索更换工程中主要监控指标是索力和桥面标高, 若对索力的大小及分布控制出现偏差, 将会引起斜拉桥主梁内力分布变化, 有可能最终使结构偏离原设计的理想状态, 因此, 换索后需进行必要的索力调整。调索的计算方法主要有影响矩阵法、逼近法、数学规划法等, 应结合具体工程进行选择方案反复调整。

调索的原则是应兼顾主梁混凝土应力、主梁线形以及塔位的变化。具体来讲, 调索应使主梁的局部下挠有所缓解, 尽可能接近竣工线形;同时应使主梁上、下缘混凝土应力适度增减, 避免产生过大的拉应力, 以保证主梁的安全。

摘要：以广东九江大桥为例, 从换索前的施工准备和施工工艺两方面叙述了斜拉桥拉索更换的一般施工方法, 介绍了换索后调索的原则和方法。

关键词：斜拉桥,换索,工艺,调索

参考文献

[1]李宏江, 等.天津永和斜拉桥换索后的索力调整[J].公路交通科技, 2008 (10) .

[2]肖文, 李古暄.斜拉桥拉索更换的实践与研究[J].中国市政工程, 2004 (6) .

拉索结构 篇9

关键词：初始缺陷长度,影响矩阵法,结构非线性

1 引言

文献[1]认为, 对拉索预应力空间网格结构施加预应力的本质是克服拉索初始缺陷长度而强迫就位的过程, 并将预应力结构的矩阵力学模型描述为:

式中, N为几何矩阵;NT为N转置, 即平衡矩阵;P0为节点力向量;F为杆件内力向量;D为初始缺陷长度;Δ为杆件伸长量;δ为节点位移向量;Ke为单元刚度矩阵。

由式 (1) 推导出拉索预应力空间网格结构的刚度法方程:

式中, K=NTKeN为结构整体刚度矩阵;P1为索单元在没有锚固到结构上之前的预加内力产生的等效节点力。

由式 (2) 可知, 如果D已知, 则通过一般的刚度求解方法就可完成整个结构的分析, 求得目标状态 (设计要求中的“某一荷载作用状态”) 下的拉索索力和结构位移。当结构中包含梁单元或其他单元类型时, 仍然可以用上面的方法来进行结构分析。

然而, 现在的问题是, 已知结构在目标状态下的拉索索力和结构某些控制点 (已知位移的结构节点) 的位移, 要反求拉索的初始缺陷长度D, 这实际上就是顺序结构分析的逆过程, 无法直接求解。也就是说, 在通常的设计工作时, 每根拉索的缺陷长度是未知的, 而给定的是结构在目标状态下的拉索张力Ft。文献[1]提出了解决这类问题的影响矩阵法, 但只适用于分析索力的相互影响, 而在实际工程中, 设计要求可能对于某些拉索是以索力为控制要求的, 而对另外一些拉索则以位移为控制要求, 因此本文将传统的影响矩阵法理论加以拓展, 提出广义影响矩阵法。

2 广义影响矩阵法

设以目标索力为控制要求的拉索 (张力索) 数目为m, 以目标位移为控制要求的拉索 (位移索) 数目为n, 控制点已知位移数为n', P0对应于目标状态下的节点荷载向量, 目标索力向量为Ft, 目标位移向量为δt, 则广义影响矩阵法的求解步骤如下。

1) 令拉索初始缺陷长度向量Dt=0, 通过结构有限元分析求解Kδ=P0, 可求得在P0作用下的张力索索力向量F0t和控制点的位移向量δ0t, 则由于拉索初始缺陷长度而产生的张力索索力为Ft-F0t, 控制点位移为δt-δ0t, 并令:

拉索初始缺陷长度向量Dt是由两个子向量Dp和Dd组成:Dp为张力索的初始缺陷长度向量;Dd为位移索的初始缺陷长度向量, 因此可将Dt写成如下形式:

具体形式为:

2) 计算张力索初始缺陷长度影响因子:分别对第i (i=1, 2, …m) 根张力索赋予一单位初始缺陷长度, 即dtp=1, 其余索 (包括位移索) 的初始缺陷长度为零, 即djd=0 (j=1, 2, …, m) (j≠i) , Dd=0, 通过结构有限元分析求解方程Kδ=P1=NTKeD, 可求得第k根张力索索力Fkit= (k=1, 2, …, m) 和第l个控制点位移值为δlit (l=1, 2, …, nt) 。

3) 计算位移索初始缺陷长度影响因子:分别对第i (i=1, 2…, n) 根位移索赋予一单位初始缺陷长度, 即did=1, 其余拉索 (包括张力索) 的初始缺陷长度为零, 即did=0 (j=1, 2, …, n) (j≠i) , Dp=0, 通过结构有限元分析求解方程Kδ=P1=NTKeD, 可求得第k个控制点位移值为和第l根张力索索力为。。

4) 构造广义影响矩阵G:依据上述式 (2) 和式 (3) 求得的各影响因子, G应具有如下形式:

式中, m, n, n'代表各子矩阵的维数, 显然, G是 (m+n') × (m+n) 维矩阵, 而已知H是m+n维向量, 根据矩阵理论, 由设计要求得到唯一确定的解答必然要求n=n', 否则, 要么很难达到设计要求 (n'>n) , 要么能够达到设计要求的解有无数个 (n'<n) 。由此, 令n=n', 将式 (6) 中各子矩阵展开, 即可得到G的具体形式:

在此需要说明三点:

(1) 这里的n'是指所有控制点的已知位移数目, 而并不是指控制点的个数, 所以, n'可能包含一个控制点的某两个或更多个自由度方向上的已知位移数, 显然, n'大于或等于控制点的个数。

(2) n=n'并不是意味着位移索的根数与控制点已知位移数一定要相等, 而是要求位移索独立的初始缺陷长度的数目与控制点的已知位移数相等, 这是因为并不排斥某几根索共用相同初始缺陷长度的情况。例如, 令若干根拉索具有相等的初始缺陷长度, 则此时这若干根拉索共用一个初始缺陷长度未知量, 因此相应的只需一个控制点位移值来确定它们的初始缺陷长度。从而在前面提到的“n为以目标位移为控制要求的拉索单元数目”的说法从更严格的意义上来讲, 应该是“n为以目标位移为控制要求的拉索独立初始缺陷长度数目”。

(3) 如果设计要求中只有单独的目标索力或目标位移要求, 则广义影响矩阵退化为索力影响矩阵或位移影响矩阵。

5) 构造广义影响矩阵法方程

在广义影响矩阵G确定后, 即可建立广义影响矩阵法方程如下:

求解式 (8) 线性方程组, 即可得到对应于设计要求的张力索和位移索的初始缺陷长度Dp和Dd。

由上面分析可知, 广义影响矩阵法的关键是构造广义影响矩阵G, 即需要求得G中各影响元素Gij。

3 改进的广义影响矩阵法

广义影响矩阵法中, 初始缺陷长度对拉索索力和控制点位移的影响因子是线性叠加的, 即结构反应呈线性, 这显然与预应力结构的几何非线性是相悖的。因而广义影响矩阵法最大的缺点就是不能考虑结构的非线性影响, 导致它的应用范围只能是刚度很大的结构。本文提出“改进的广义影响矩阵法”, 可以将这种非线性影响降低到最小限度, 对广义影响矩阵法得出的拉索初始缺陷长度进行调整和修正, 来减少由于结构的非线性反应带来的误差, 以达到工程精度的要求。其具体步骤如下:

1) 同样构造广义影响矩阵G0, 并且同样通过有限元计算Kδ=P0, 求出结构只在P0作用下的张力索索力向量F0t和控制点的位移向量δ0t, 则由于索初始缺陷长度而产生的张力索索力为F t-F 0t, 控制点的位移为δt-δ0t, 并令:H0=[ (Ft-F0t) T, (δt-δ0t) T]T。

2) 求解线性方程组G0D0=H0, 即可得到张力索和位移索的初始缺陷长度D0p和D0d。

3) 通过结构有限元分析求解Kδ=P0+NTKeD0, 可以得出结构在目标状态荷载P0和拉索初始缺陷长度D0=[ (D0p) T, (D0d) T]T共同作用下张力索索力向量F1t和控制点的位移向量δ1t。如果max (|Ft-F 1t|/Ft) <εF且max (|δt-δ1t|) <εδ (εF和εδ是给定工程精度) , 则无需对D0进行修正和调整, 也表明结构的刚度很大, 此时的D0即为待求的拉索初始缺陷长度;但一般情况下, 由于预应力结构的几何非线性较强, 并不能满足上述精度要求, 所以需要对D0进行修正和调整。

4) 设i为对拉索初始缺陷长度D0进行修正迭代计算的次数, 不失一般性, 令Hi=[ (F t-Fit) T, (δt-δit) T]T (i≥1) , 修正迭代初值H1=[ (F t-F1t) T, (δt-δit) T]T, 并构建第i次迭代在Di-1 (i≥1) 作用基础上的广义影响矩阵Gi:

(1) 保持Di-1其他元素不变, 分别对第j (j=1, 2, …, m) 根张力索在djp基础上再赋予一单位初始缺陷长度, 即djp+1, 其余拉索的初始缺陷长度不变, 有限元求解方程, 可求得第k根张力索在Djt作用下的索力Fikj (k=1, 2, …, m) 和第l个控制点位移在Djt作用下的值为δilj= (l=1, 2, …, n) 。

(2) 保持Di-1其他元素不变, 分别对第j (j=1, 2, …, n) 根位移索在djd基础上赋予一单位初始缺陷长度, 即djd+1, 其余拉索的初始缺陷长度不变, 有限元求解方程可求得第k个控制点位移在作用下的值为和第l根拉力索在作用下的索力为。

注意: (1) (2) 中的Djt和需要扩阶后分别带入方程Kδ=NTKeDjt和计算。

(3) 有限元求解方程Kδ=NTKeDi-1, 得出结构在拉索初始缺陷长度Di-1作用下第k根张力索索力Fki-1 (k=1, 2, …, m) 和第l个控制点位移值为δli-1 (l=1, 2, …, n) 。

(4) 构造广义影响矩阵Gi, 它应该具有如下形式:

5) 求解线性方程组Gi·ΔDi=Hi得到拉索初始缺陷长度第i次修正向量ΔDi=[ (ΔDip) T, (ΔDid) T]T。

6) 令, 通过结构有限元分析求解Kδ=P0+NTKeDi, 可以得出结构在目标状态荷载P0和拉索初始缺陷长度Di=[ (Dip) T, (Did) T]T共同作用下, 张力索索力向量Fti+1和控制点的位移向量δti+1。

7) 若max (|Ft-F ti+1|/F t) <εF且max (|δt-δti+1|) <εδ, 则修正迭代计算终止, Di即为待确定的拉索初始缺陷长度;否则, 令i=i+1, 返回第4) 步重新迭代计算, 直到满足要求为止。

如果设计要求中只有单独的目标索力或目标位移要求, 则上述改进的广义影响矩阵法退化为改进的索力影响矩阵法或改进的位移影响矩阵法。

可以看到, 改进的广义影响矩阵法适用的范围非常广泛, 不受结构刚度的限制。由于需要在每一次迭代过程中重新计算广义影响矩阵, 导致计算过程比较复杂, 计算量大, 特别是索量大时, 计算耗时较多, 但根据笔者的算例分析经验, 一般只需2次矩阵迭代就能达到工程精度要求, 实用性很强。

4 工程算例分析

计算模型见图1和图2, 该钢屋盖看台结构采用8根钢管混凝土桅杆斜拉单层锥面网壳的结构形式。图3是对称半结构的拉索平面布置图, 图中给出拉索名、控制点位置 (实心三角形) 。相关节点采用Q345B, 桅杆WG及其相关节点采用Q420B钢。拉索采用平行扭绞钢丝束。

注:方法一是指广义影响矩阵法;方法二是指改进的广义影响矩阵法。

该结构要求在深化设计时, 应进行找形分析确定拉索的下料长度, 找形分析的目标是:拉索预拉力控制值与设计所提供的初始内力不超过5%。

在此结构找形过程中, 为了考虑拉索自重产生的垂度效应, 拉索的模拟采用离散单元法:在ANSYS中, 拉索以多个 (本文取10个) 空间梁单元beam4模拟, 并对各根拉索赋予初始应变ε, 以实现初始缺陷长度D (ε=D/L0) 。得出的找形结果数据如表1所示。

由表1看出, 用广义影响矩阵法算出的拉索初状态索力相对误差普遍很大, 最大Ls2-e1索达83.67%, 已经远远超出工程精度要求 (本文以5%为控制限值) , 说明此斜拉网壳结构的几何非线性很大, 也说明此结构的找形是很有必要的, 所以, 用广义影响矩阵法这种线性方法不能进行非线性很强的预应力结构的找形分析。而本文提出的改进的广义影响矩阵法的索力相对误差已经非常小, 最大值Ls4-c2拉索相对误差只有1.2%, 而且计算时影响矩阵迭代只用2次, 耗时并不多, 所以本文提出的改进的广义影响矩阵法是正确的, 可用于精度要求很高的找形分析中。

5 结论

1) 预应力结构中, 预应力产生的本质并不是拉索的张力, 而是初始缺陷长度, 施加预应力是克服拉索初始缺陷长度而强迫就位的过程。

2) 以预应力结构的刚度法方程为基础, 提出广义影响矩阵法求解预应力结构中拉索的初始缺陷长度。广义影响矩阵法的缺点是只能解决线性问题, 对于刚度较大的结构, 工程精度要求不高时运用很合适;本文提出改进的广义影响矩阵法, 对影响矩阵法求出的拉索初始缺陷长度进行修正和调整, 以减少或消除由于结构的非线性反应带来的误差。

3) 当设计要求中以目标索力和目标位移共同为控制条件时, 本文提出广义上的影响矩阵法, 建立拉索初始缺陷长度与索力或控制点位移值之间的线性影响关系, 构建广义影响矩阵, 然后求解线性方程组, 可以直接得到所有待求的拉索初始缺陷长度。

参考文献

[1]邓华, 董石麟.拉索预应力空间网格结构全过程设计的分析方法[J].建筑结构学报, 1999, 20 (4) :42-47.

[2]周臻, 孟少平, 等.预应力网壳-拉杆拱组合结构的预应力全过程分析方法[J].建筑结构学报, 2006, 27 (3) :93~98.

[3]邓华.拉索预应力空间网格结构的理论研究和优化设计[D].杭州:浙江大学, 1997.

[4]刘连明.单榀张弦梁结构找形计算分析[D].大连:大连理工大学, 2005.

[5]钱若军, 杨联萍.张力结构的分析、设计、施工[M].南京:东南大学出版社, 2001.

[6]张其林.索和膜结构[M].上海:同济大学出版社, 2002.

[7]Salam Rahmatalla and Colby C.Swan Form Finding of Sparse Structures with Continuum Topology Optimization[J].J.Struct.Engrg.2003 (129) :1707-1716.