预应力索—杆协同网架最优预应力值范围的探讨

闫建勇

通过3D3S钢结构设计软件设计具有实际工程意义的平面尺寸为48 m×48 m，网格为4 m，网架高度为4 m的中等跨度网架，然后通过对3D3S设计出的普通网架进行预应力改造，上弦及腹杆规格不变，将下弦刚性杆件全部替换为柔性拉索(结构用绞合钢丝索)，运用有限元分析软件ANSYS建立计算模型(见图1)，研究索—杆协同网架结构在预应力态(初态)和载荷态(终态)的变形等性能，探讨结构的最优预应力值的范围。

图1 ANSYS结构平面布置图

图2 预应力态分析

一般，确定预应力钢结构中合适的预应力值通常应遵循两个原则:

1)在满足结构应力和挠度要求的前提下，用钢量较省;

2)确定方法简单易行，便于工程控制与实现。这两条原则对于正放四角锥预应力索—杆协同网架同样适用。下文将通过对索—杆协同网架结构的静力态及荷载态特征杆件的内力分析来确定预应力值的一定范围。

1 索—杆协同网架的预应力态静力分析

静力分析是结构的基本分析，在该分析中，着重模拟结构的预应力状态及荷载态。本节探讨预应力态，即只考虑结构的自重和预张力时的分析。现将不同预应力大小情况下，结构特征点(85节点)的最大位移及特征杆件(上弦235、腹杆1107、下弦525)的轴力表示在图2中。

1)由图2a)可知，位移曲线明显分为两个阶段，当预张力小于25 kN时，位移随预张力的增加呈线性下降;当预张力大于25 kN时，位移随预张力的增加呈线性上升;当预张力等于25 kN时，位移最小接近于零。其结果充分表明……