山西某大跨预应力钢桁架渡槽的结构分析

摘要

预应力钢近年来发展迅速，其应用范围已覆盖钢结构诸多领域。但在水利渡槽上的应用尚少。本文基于桁架结构的一些理论与渡槽的结构的特点，提出一种新型的拉索预应力桁架渡槽结构体系，对结构的自重态、成型态与使用态进行静力分析，并对结构在使用态下进行了反应谱分析与关键点弹性时程响应分析。
　　 考虑本工程施工困难因素，引入对大跨预应力桁架的全装配施工，将上弦与下弦主杆进行分段装配，腹杆与弦杆的连接在工厂焊接完成，弦杆的连接全部采用高强螺栓进行连接，并对装配节点进行设计。
　　 本文研究旨在通过对全装配预应力钢渡槽的结构特点、静力特性与动力特性的理论分析，为今后此类结构的设计与研究提供一定的参考，从而促进该种新型渡槽形式的应用与发展。本文主要研究内容如下:
　　 1.通过分析确定了渡槽的结构型式。本文通过对拉索预应力桁架结构与渡槽结构特点的分析，考虑经济与施工要求的条件下，确定了结构的构造型式、布索方式、预应力力度以及各构件的布置方式与截面尺寸。
　　 2.对预应力钢结构渡槽进行了自重态、成型态、使用态的静力分析。运用有限元分析软件Midas，建立有限元模型，分析结构在施加预应力前后不同工况下结构的位移、变形，了解结构的受力性能与预应力效果。
　　 3.对所建模型进行了模态分析，得到结构主要的振动形式:面内振动、面外振动与局部振动。
　　 4.对预应力钢渡槽结构进行了地震分解反应谱与弹性时程分析。运用以上两种方法分别对结构进行了三向地震单独作用与地震组合作用下的动力响应分析。得到了结构在各种地震工况下，结构关键部位的位移与内力响应，并进一步进行了对比分析。经分析，结构关键部位产生的应力均满足我国现行规范的相关要求，结构均处于弹性工作阶段，是安全的。
　　 5.对全装配大跨预应力桁架中的装配节点进行计算设计并对特殊节点提出相应的构造措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 预应力钢结构的应用范围

1．3 预应力钢结构的特点

1．4 预应力钢结构的发展及应用

1．4．1 国外发展及应用

1．4．2 国内发展及应用

1．5 预应力钢结构快速发展的原因

1．6 目前对预应力钢结构的分析方法

1．6．1 弹性理论

1．6．2 承载力极限状态理论

1．7 拉索预应力钢桁架

1．7．1 桁架的形式

1．7．2 拉索桁架的构造

1．8 全装配钢结构的意义及应用

1．9 本文主要研究内容及理论方法

第二章 全装配预应力桁架结构设计

2．1 项目概况

2．2 预应力桁架方案设计

2．2．1 桁架截面形式的确定

2．2．2 桁架几何尺寸与腹杆体系

2．2．3 布索方案选择

2．3 结构计算及设计参数

2．3．1 荷载选取

2．3．2 地震参数

2．3．3 荷载组合

2．4 构件尺寸及装配节点设计

2．4．1 材料及主要截面尺寸

2．4．2 节点设计及构造

2．5 结构设计指标

第三章 全装配拉索预应力桁架静力分析

3．1 引言

3．2 成型态静力分析

3．2 使用型态静力分析

3．2．1 使用态位移对比分析

3．2．2 使用态内力对比分析

第四章 全装配拉索预应力桁架振型分解反应谱分析

4．1 引言

4．1 自振周期和模态

4．2 动力响应分析

4．3 关键位置地震响应分析

4．3．1 关键位置位移响应分析

4．3．2 关键位置内力响应分析

第五章 全装配拉索预应力桁架弹性时程分析

5．1 引言

5．1 时程分析的依据和选波原则

5．2 地震波选取

5．3 关键点位移响应分析

5．3．1 Loma Prieta地震波

5．3．2 Taft地震波

5．3．3 人工地震波

5．4关键位置的内力响应分析

5．4．1 Loma Prieta地震波

5．4．2 Taft Liricoln School地震波

5．4．3 人工地震波

5．5 水平与竖向地震共同作用下响应分析

5．5．1 关键点位移响应分析

5．5．2 关键位置内力影响分析

5．6 地震分解反应谱法分析与时程分析的比较

第六章 结论及建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文