基於張拉整體概念的弦支混凝土集成屋蓋結構體系研究

《基於張拉整體概念的弦支混凝土集成屋蓋結構體系研究》是依託石家莊鐵道大學，由喬文濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於張拉整體概念的弦支混凝土集成屋蓋結構體系研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：喬文濤
• 依託單位：石家莊鐵道大學

項目摘要

基於張拉整體概念，對結構體系進行創新性研究，提出一種新型高效能的預應力空間組合結構體系，即弦支混凝土集成屋蓋結構體系。研發出預製鋼筋混凝土板、預埋件、撐桿及連線節點這些關鍵構件的合理形式，推導理論計算公式，提出其標準化設計方法。基於疊代法原理推導初始預應力計算公式並編制求解程式，進行靜力學有限元計算分析，提出適用於此結構體系的精確的初始預應力設計方法。建立基於地震波的動力學方程，進行動力學有限元計算分析，提出適用於此結構體系的科學的抗震設計方法。將變化的邊界條件引入到有限元模型中，建立分階段、連續的有限元計算工況，進行施工力學分析，提出合理的施工方法。進行模型實驗研究，包括靜載荷和施工力學實驗研究，對比理論與實驗研究結果。最終，提出弦支混凝土集成屋蓋結構體系的工程設計規範與施工規範。

結題摘要

由於可以提供室內無柱大空間，大跨度空間結構被廣泛套用於體育館、航站樓、會展中心以及車間廠房等建築中。近些年來，隨著奧林匹克運動會和世博會在我國成功舉辦，大批重量級和具有國際影響力的大跨度建築相繼落成。在未來，隨著我國經濟蓬勃發展和人們在體育運動以及文化娛樂等方面活動急劇增加，大量高質量的大跨度建築定會不斷興建。鑒於此，對大跨度空間結構新技術與新體系的研究，尤其是節約型新體系的研發是順應我國當下社會發展趨勢的，因此具有較好的研究意義與價值。 在此背景下，本項目申請人提出了一種新型大跨度空間結構，即弦支混凝土集成屋蓋結構，研究表明，這種結構是高效的、合理的、經濟可行的。在已有研究基礎上，本課題將深入對弦支混凝土集成屋蓋結構的靜、動力學特性進行研究，揭示其力學特性。以自重小、強度高、剛度大為主要目標，找到適合這種結構體系的預製鋼筋混凝土板及其設計方法。進行精確的施工力學研究，確定臨時支承設定以及卸載時對主體結構的影響。 本項目團隊採用理論分析和試驗研究相結合的方法對以上研究內容進行研究。首先，提出了肋梁樓蓋型弦支混凝土集成樓蓋結構，開發出了與之相對應的預製鋼筋混凝土肋梁樓蓋單元、撐桿、連線節點等構件，並提出了其設計方法和標準化施工裝配過程。其次，提出基於靜力平衡原理的初始預應力設計方法，通過逐級計算到收斂，可得到相應拉索的初始預應力設計值；製作1:5的縮尺模型，進行靜載荷試驗研究和自振特性測試，驗證了所提預應力設計方法的正確性，同時測得的結構前3階自振頻率與振型與理論計算較為接近，基頻較低，且分布較為密集；研究了4個重要參數對結構力學性能的影響，其中，拉索垂跨比和肋梁梁高增加會改善結構的力學性能，撐桿截面尺寸和索徑的變化對結構力學性能的影響微弱。然後，對所提出的5步2階段施工方法進行理論分析與試驗研究，研究模型為1:5的縮尺模型，張拉階段的研究表明，初始預應力施加合理，試驗結果雖比理論分析結果值偏大，但誤差較小，僅為6.8%；支承拆卸階段，有三種拆卸方案，研究表明，各榀同時進行，支承從跨中到兩端逐一拆卸的方式對關鍵部位，即跨中後澆帶的受力及跨中最大豎向位移的影響最小，是最適合弦支混凝土集成樓蓋結構的施工卸載方法。 本項目研究結果確立了弦支混凝土集成屋蓋結構這種新型大跨度預應力空間結構的標準構造、工程設計和施工方法，為這種結構在實際工程中套用提供了理論指導和實踐基礎。