新式CT型索结构的研究（基本概念与构思）.pdfVIP

新式cT型索结构的研究(基本概念和}句思) 徐国彬 崔玲 0 O D 4 4’ (北方交通大学自口编1 摘 要 T结构)是在研究了张拉整体 T型(compression．tensegrib7)索结构(以下简称c 了T结构的优点，其结构效率高于张拉整体结构。材料用量低于T结构。节点构造容 易实现。施工方法简单，屋面系统造型范围宽。故造价较低，此结构属线性对不变系 统。力学分析和结构设计均较方便。是一种值得推广的结构形式。 一、问题的提出 目前国际上甚为流行、且在大跨空间结构中很热门的张拉整体结构以其受力的合 理性、构思巧妙、结构效率高、经济可行而得到普遍的认同和赞扬。并在一些重要的 9 9 9 9 大跨工程中得到应用(如l 2年汉城舆运会、1 6年美国亚特兰大奥运会跨 度约20 0米的主会场等大跨工程)。本来，宇宙就是由许许多多的星球(质点)和 其他物质擅成。这些质点之间以万有引力相互吸；}、作用。构成了一个巨大的动态自 平衡体系。这些引力有如一根根无形的拉索。因此，我们可以设想．将这些引力代之 以拉索即构成一个空间张拉整体系统。每个质点作为一个元素在此系统中和谐地处于 动态平衡。在地球表面上可以人为构成这种结构，所不同的是，前者为无界体系，而 后者为人造的、有限的有界体系。当然二者都是自平衡体系。既然是有界和自平衡， 则此边界必须强大到足以平衡内部的所有拉力。由自然界的启示可知，可以构成一个 完全没有压杆的“完美的张拉整体体系”，但靠人工却难以实现，因为人们无法做到 “无界”。在人造的有界平衡体系中，有拉必定有压。因此，还必须构造一些压杆。 问题是压杆要布置合理。拉索和压杆布置的合理性芷是此种结构探讨的主要问题之一。 二、张拉整体结构的主要优点是 ①绝大部分受力构件可设计成受拉的铜索，截面受力均匀，可充分发挥钢索的高 强性能。自重可减小。 ②受拉构件是最稳定的，没有失稳问题。也不需要考虑弯矩、扭矩和剪力的问 题。因此可以利用较少的材料跨越和覆盖很大的空间。 ③因压杆数量少、长度短，选用畔也容易满足其稳定条件。 233 ④改变结构剐度可以用调节预应力来实现，而不需要改变构件几何尺寸。 三、张拉整体结构的主要工作特点 ①张拉整体结构的成形：张拉整体结构是索结构的一种，而理论上拉索只能承 受拉力，不能承受压力、剪力、弯矩、扭矩，而外荷载产生的弯矩、剪力等 是靠索拉力及索结构变形(位移)来取得平衡的。因此，索结构的变形较大， 属大变形、小应变的几何非线性结构，且必须施加预应力，才能成形，才具 有足够的刚度来承受外荷载。预应力的量级和荷载的大小直接影响结构的成 形、建筑造形和结构刚度。设计施工中，预应力的量级、施加方法、应力保 持和加力顺序则是这种结构成败的关键问题之一。这就给力学分析、结构设 计带来了困难和增加了计算工作量。 ②结构的几何形状与外荷载的大小、位置及预应力的量级有关，且为非线性关 系。卸载之后，结构不一定恢复原状。(和荷载及预应力的加载顺序有关)。 即所谓的非保守系统。 ③加荷过程有部分索卸载，当应力降至零此构件将退出工作。因此，为提高结构 整体承载力，必须提高预应力量级。随着预应力的提高，受压构件(压杆及边 环梁等)的应力相应提高，这些构件也要做得更加强大，材料用量增加。 ④结构的刚度与预应力的量级直接有关，而不象普通刚性结构那样与结构的几何 尺寸直接有关。张拉整体结构中的结构尺寸(比如拉索的截面)再大，如不加 预应力，结构也没有刚度。当然，预应力可由自重或外加预应力而产生。 ⑤离支座(边