悬索结构.ppt

一、悬索结构的概念和受力变形特点 悬索结构是指悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件组成。一系列受拉的索按照一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在承重支承构件上，边缘构件和下部支承构件的布置必须与拉索的形式相协调，有效地承受或传递拉索拉力。 随着新材料的出现和经济的发展，对大跨度建筑的需求日益增大，悬索结构是比较适合的结构形式，其特点如下： 悬索结构是以一系列受拉的索作为主要的受力构件，通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载作用。其结构体系及受力特性区别于传统的结构形式。 结构材料的性能得到了充分发挥，减轻结构自重，降低造价。悬索结构在同一断面上具有同样符号的应力，充分发挥了材料的性能，从而大大节省了材料。 造型丰富多彩，易于大跨度。采用悬索结构时我们可以自由的选取建筑的造型，使得建造的建筑非常美观，并且由于自重轻，可以实现较大跨度。 施工快捷。由于悬索结构很轻，屋面多为膜结构或者预制钢筋混凝土板，这样不需要重型的起重设备及搭设脚手架就可以实现装配施工，降低了施工成本。 悬索结构与通常的刚性屋盖结构有显著的区别在于较大的柔性和几何可变特性，产生大机构性位移，这样就对结构的屋面板施工过程中就要引起足够的重视，此外，在风吸力作用下结构可能会被风掀起的危险，甚至遭受破坏。 悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受悬索端巨大的水平拉力。 2、悬索结构的受力变形分析 悬索结构在外荷载作用下，尽管应变很小，但结构会产生较大的位移。传统结构的小变形分析理论将不再适用，必须考虑结构的大变形的影响，即平衡方程不是以变形前的初始位置建立，而必须以变形后的几何位置建立平衡条件，这就是悬索结构的几何非线性问题。当在不同的初始状态上施加相同的荷载增量时，引起的效应（内力和变形）各不相同。因此，在求解悬索问题时其初始状态必须明确给定，在此状态下的一切量均为已知，以此为参照来求解在荷载增量下的悬索的内力和变形。荷载增量作用后的状态的为荷载状态。两端支座为固定铰支座的索为单索，属于轴心受拉构件。既不能受拉，也不能受弯受剪。 索的平衡方程 单索沿跨度分布的竖向均布荷载作用下，跨中索的下垂度为，悬索的计算跨度为，悬索呈抛物线，即： 二、悬索结构形式及结构选型 1、悬索结构的形式 悬索结构形式极其丰富多彩，根据几何形状、组成方法、悬索材料以及受力特点等不同因素，可有多种不同的划分。本章按组成方法和受力特点将悬索结构分为：单层悬索体系、预应力双层悬索体系、预应力鞍形索网、预应力横向加劲索系、劲性悬索等形式。 （1）单层悬索体系 单层悬索体系的优点是传力明确，构造简单；缺点是屋面稳定性差。因此应采用重型屋面，适用于中小跨度建筑的屋盖。单层悬索体系中索的受力与单根悬索相似，其形状稳定性差。 （2）预应力双层悬索体系 双层索系由一系列下凹的承重索和上凸的稳定索以及它们之间的连系杆（受拉钢索或受压撑杆）组成。 当平面为矩形或多边形时，可平行布置，承重索和稳定索可采用不同的组合方式形成上凸（承重索布置在稳定索之下）、下凹（承重索布置在稳定索之上）或凹凸形（承重索和稳定索相互交叉）屋面，其外形和受力特点类似于承受横向荷载的传统平面桁架，又常称为索桁架；当平面为圆形时，承重索、稳定索可按辐射状布置，中心宜设置受拉环。 （3）预应力鞍形索网 预应力鞍形索网是由两组相互正交、曲率相反的曲线形拉索直接交叠，而形成的一种“负高斯曲率”的曲面悬索结构，常称为“鞍形索网”。 两组索中，上凸的稳定索在上，下凹的承重索在下，两组索在交点处利用夹具相互连接，索网周边锚固在强大的边缘构件上，或通过拉索锚定在若干单独的固定支座上。 （4）预应力横向加劲索系 横向加劲单曲悬索屋盖是悬索结构一种重要形式。它不但保持单曲悬索屋盖的优点，又加强了悬索结构的结构整体稳定性。 柔性悬索体系要采取一定措施使其具有必要的结构刚度和保形能力，以满足结构的各种功能要求。横向加劲构件可以是梁式桁架，它们与索垂直相交，并置于索之上。 横向加劲构件具有一定的抗弯刚度，其两端固定并与各索连成整体，和索共同抵抗外荷。通过下压横向加劲构件端部支座，使之产生强迫位移，在结构中建立预应力，大大增加了屋面结构的刚度和形状稳定性。 （5）劲性悬索结构 所谓劲性悬索结构就是具有一定的抗弯和抗压刚度的曲线形实腹或格构式构件来代替通常的柔性索的悬挂结构。 在全跨荷载作用下，劲性索的受力仍然以受拉为主，钢材的强度可充分得到利用，实现了以较少材料跨越较大跨度的效果。由于劲性索具有一定的抗弯刚度，大大提升了抵抗局部荷载下机构位移的能力。结构无需施加预张力即有良好的结构承载性能，因而可减小对支承结构的作用，实现快捷施工。可见，劲性索结构兼有柔索与普通钢结构的优点。劲性索屋盖宜采