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张弦梁施加预应力后刚度的问题
zhao_yc
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#1
2008-11-20 16:01
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。
cjgtju
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#2
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?
zhao_yc
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#3
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
huwj139
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#4
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。
zhao_yc
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#5
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,
zdx65
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#6
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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