吉林大学学报(工学版) ›› 2020, Vol. 50 ›› Issue (5): 1687-1697.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190589

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    

跳格布置对环形交叉索桁结构静动力性能的影响

薛素铎1(),鲁建1,李雄彦1,刘人杰2   

  1. 1.北京工业大学 建筑工程学院，北京 100124
    2.烟台大学 土木工程学院，山东 烟台 264000
  • 收稿日期:2019-06-13 出版日期:2020-09-01 发布日期:2020-09-16
  • 作者简介:薛素铎(1959-)，男，教授，博士.研究方向：索杆张拉结构.E-mail:sdxue@bjut.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51778017);北京市自然科学基金项目(8172011)

Influence of grid⁃jumping arrangement on static and dynamic performance of annular crossed cable⁃truss structure

Su-duo XUE1(),Jian LU1,Xiong-yan LI1,Ren-jie LIU2   

  1. 1.College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
    2.School of Civil Engineering, Yantai University, Yantai 264000, China
  • Received:2019-06-13 Online:2020-09-01 Published:2020-09-16

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摘要：

分析了环形交叉索桁结构(ACCTS)的结构特点，提出了3种压杆跳格布置方案，并从预应力分布、荷载状态、抗屈曲能力、用钢量等方面与原方案进行了对比研究，确定了最优跳格布置顺序。最后，对最优方案与原方案二者的静、动力性能进行了系统的对比研究。研究结果表明：在不改变原结构静、动力性能的情况下，最优跳格方案不仅节约了用钢量、提高了结构的抗屈曲能力，而且简化了结构体系、降低了施工成形难度。本文研究对ACCTS在实际中的推广有一定的促进作用。

关键词: 土木工程, 环形交叉索桁结构, 跳格布置, 荷载分析, 用钢量, 静动力性能

Abstract:

Based on ACCTS, the features of ACCTS were firstly described in detail. Secondly, three arrangement schemes of struts grid-jumping were proposed, which were compared with the original scheme in terms of pre-stress distribution, load condition, buckling resistance, steel consumption and so on, and the optimal grid-jumping order was determined. Finally, based on the optimal scheme and original scheme, the static and dynamic performances of two schemes were systematically comparatively studied. The research results show that under the condition that the static and dynamic performances of the original structure are unchanged, the optimal scheme after grid-jumping not only saves the amount of steel and improves the anti-buckling ability of the structure, but also simplifies structure system and reduces the construction difficulty by means of grid-jumping optimization. This research can promote the application of ACCTS in practical engineering.

Key words: civil engineering, annular crossed cable-truss structure, grid-jumping, load analysis, steel consumption, static and dynamic performance

中图分类号: 

  • TU394

图1

环形交叉索桁结构演变过程示意图"

图2

轮辐式结构"

表1

ACCTS各类构件预应力分布"

参数XS1XS2XS3XS4XS5SS1SS2SS3SS4SS5B1B2B3B4

面积/

mm2

1360.91360.91360.91360.91360.91360.91360.91360.91360.91360.93078.73078.73078.73078.7
内力(无自重)/kN240.00240.25240.88242.12245.20348.31348.48348.94349.80351.91-36.97-22.89-17.72-22.62
内力(有自重)/kN270.86271.26271.96273.36276.84327.23327.39327.68328.39330.38-38.23-23.62-18.26-23.32

图3

ACCTS透视图"

图4

单榀索桁架示意图"

图5

压杆跳格布置平面图"

图6

跳格前、后拉索形状变化"

图7

有、无自重时3种跳格方案的可行预应力分布对比结果"

表2

考虑自重时结构可行预应力分布 (kN)"

单元编号原方案方案1方案2方案3
XS1270.86266.73270.49272.20
XS2271.26267.18270.94272.63
XS3271.96267.39272.18273.34
XS4273.36269.06272.37276.40
XS5276.84272.51276.45276.77
SS1327.23329.52333.08332.02
SS2327.39326.73333.21332.17
SS3327.68329.21334.05332.46
SS4328.39329.52333.86334.57
SS5330.38331.47336.29334.28
B1-38.23-37.93-48.57—
B2-23.62-31.69—-47.68
B3-18.26—-32.13-18.43
B4-23.32-33.07-23.48-23.53

表3

原方案及3种跳格方案结构响应对比结果"

类别及位置原方案方案1方案2方案3
拉索最大值/kN524.59521.9528.39544.25
位置XS5XS5XS5XS5
拉索最小值/kN195.50198.63207.98228.58
位置SS1SS1SS1SS1
压杆最大值/kN-10.67-14.52-19.09-13.94
位置内环2虚拟环虚拟环虚拟环
压杆最小值/kN-20.37-27.00-21.26-22.85
位置虚拟环内环3内环1内环1
Z向最大位移/m-0.356-0.354-0.489-0.679
位置内环3内环3内环2内环3

图8

原方案与3种跳格方案内力图"

表4

原方案及3种跳格方案用钢量"

类别原方案方案1方案2方案3
总重量/t39.1336.00736.36937.144
节省的用钢量/t—3.1232.7611.986
百分比/%—8.007.055.07

表5

原方案及3种跳格方案屈曲荷载"

类别原方案方案1方案2方案3
无自重屈曲荷载/kN4536453644544446
有自重屈曲荷载/kN4266442842844158

图9

满跨荷载作用下原方案与方案1的构件内力与节点位移变化"

图10

半跨荷载作用下原方案与方案1的构件内力与节点位移变化关系"

表6

预应力对结构屈曲荷载的影响"

预应力等级原方案/kN方案1/kN
0.8P32583442
1.0P42664428
1.2P52925468
1.4P63906561

图11

不同预应力时原方案与方案1的构件内力与节点位移变化关系"

图12

原方案前6阶频率及振型图(变形放大10倍)"

图13

方案1前6阶频率及振型图(变形放大10倍)"

表7

原方案与方案1前6阶自振频率"

阶数频率/Hz振型
原方案方案1原方案/方案1
第1阶1.7331.796两向正对称上下振动
第2阶1.7331.796两向正对称上下振动
第3阶2.0492.157整体上下振动
第4阶2.0722.180三向反对称上下振动
第5阶2.0722.180三向反对称上下振动
第6阶2.1142.251整体反对称上下振动
第7阶2.1142.251整体反对称上下振动

图14

原方案及方案1前100阶频率变化趋势图"

图15

自振频率与预应力的关系"

图16

自振频率与外荷载的关系"

图17

自振频率与索杆截面面积的关系"

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