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标题: 张弦梁施加预应力后刚度的问题 [打印本页]

作者: zhao_yc 时间: 2008-11-20 16:01 标题: 张弦梁施加预应力后刚度的问题

很多文章和论坛的帖子都说，通过对张弦梁的拉索张拉可以增加整体的刚度，但通过计算一个实际的张弦梁结构，得到结果如下：
张拉力施加荷载跨中位移撑杆弯矩跨中弯矩
   (KN)    (kN/m)    (mm)
  150.00    0.00       2.20    -8.29    -1.05
  150.00    3.15    -12.05    -5.55    23.50
  150.00    6.29    -26.32    -2.87    48.27
  150.00    9.44    -40.63    -0.25    73.26
  200.00    0.00       4.71    -11.62    -4.38
  200.00    3.15    -9.53    -8.87    20.15
  200.00    6.29    -23.81    -6.18    44.90
  200.00    9.44    -38.11    -3.55    69.87
  250.00    0.00       7.22    -14.94    -7.72
  250.00    3.15    -7.02    -12.18    16.79
  250.00    6.29    -21.29    -9.48    41.53
  250.00    9.44    -35.60    -6.85    66.48
  300.00    0.00       9.73    -18.26    -11.06
  300.00    3.15    -4.51    -15.50    13.44
  300.00    6.29    -18.78    -12.79    38.16
  300.00    9.44    -33.08    -10.15    63.10
从上表可以看出，当张拉力不变时，例如150KN，随着荷载从0变化到9.44，跨中位移从2.2（向上，即反拱状态）变为-40.63（向下）。如果把张拉力施加后的状态作为初始状态，那么在150KN的张拉力下，张弦梁从初始状态到最终状态的挠度就应该是：-40.63-2.2=42.83。
用同样的方法计算张拉力为200、250、300KN下的挠度，值分别为42.82、42.82、42.81，几乎没有变化。
如果计算没有问题的话，那也就是说，张弦梁增加刚度的原因只是初始张拉力给了结构一个反拱的挠度，使得相对于梁最初始位置的挠度值减小了。张拉力的施加，并没有改变结构整体的刚度矩阵。可是，这又和想象的结果不同。一根松弛的绳子和一根绷紧的绳子相比，当然应该是后者刚度大，其挠度也应该是更小的。

不知道上面的推理哪里有错误，希望大家指正。

作者: cjgtju 时间: 2008-11-21 22:51

不知道楼主在计算时，是否打开预应力刚度开关了？
还有你的张弦梁的截面尺寸是否合适？

作者: zhao_yc 时间: 2008-12-3 14:35

请问，预应力刚度开关是哪个选项？我用的ansys软件，是pstres，1这个选项么？
还有，张弦梁的尺寸对这个有影响吗？请多多指教

作者: huwj139 时间: 2008-12-5 13:01

张弦梁中预应力的作用是使得索在风吸力下不松弛，且平衡掉一部分恒载的挠度（反拱的原因），预应力对整体刚度的贡献很小，几乎可以忽略。
可以这样直观的理解：张弦梁其实相当与一根高度很大的梁（或桁架），因为撑杆很长，从而使得结构的跨高比接近与一般简支梁，其刚度主要由梁高和索截面积决定，如果看作一个桁架，结构的几何非线性效果是不明显的（位移比上结构特征尺寸），因此预应力对刚度的贡献不大。预应力比索结构的取值要小。

作者: zhao_yc 时间: 2008-12-9 21:57

关于张弦梁中预应力的作用，我觉得除了huwj139兄提到的之外，更重要的是预应力的存在使钢梁产生负弯矩，用以平衡荷载产生的弯矩，从而提高钢梁的承载力。所以，预应力的大小会直接影响到张弦梁的承载力。
huwj139兄提到的张弦梁相当于高度很大的梁，虽然也能够理解，但还是转不过这个弯：预应力的存在可以使一根松弛的没有刚度的索具有刚度，那现在索和钢梁、撑杆一起组成了张弦梁，为什么预应力只能影响索的刚度，而不能影响整个张弦梁的刚度呢？
另外刚度主要由梁高和索截面积决定，我觉得应该说是由索面积、钢梁截面和撑杆高度共同决定
还有就是关于刚度，

作者: zdx65 时间: 2009-1-7 12:02

计算应该没错。几个基本概念：作为弹性材料，在弹性范围内，其弹性模量是恒定的。刚度是外力除以相应变形。对杆件来说，压杆随着应力增大，平面外刚度变小；拉杆随着应力增大，平面外刚度变大，特例：索由零开始增长。此即结构的P-∆效应。
由此，张弦梁的平面内刚度，取决于结构刚度（撑杆越长，刚度越大）和构件刚度（上弦压杆和下弦索刚度即回转半径、面积与模量）。是否加预应力，只会影响初期反拱量和最终下沉位置以及调整杆件内力，对刚度影响甚微。平面外刚度，由于上弦压杆可能计算长度较大，会更为显著降低刚度和稳定性；下弦索则得到加强。
总之，作为构件整体，刚度基本不变，相应的绝对变形量基本不变，相对变形量可以通过初始应力调整。局部杆件需要注意张拉引起稳定性变化。张拉力越大，索越刚，富余应力越小。选取适当的初始应力即可，不能过分，没用。

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