温度作用下拉索性能及统支筒壳结构可靠性能研究

摘要

拉索能有效地发挥材料的最大力学性能,因此在预应力钢结构等实际工程中得到了广泛的应用；弦支结构体系以灵活新颖的建筑外形和高效的结构性能,得到了较多的研究和应用。但是,一方面,我国目前对拉索的线膨胀系数及温度作用下弦支结构力学性能的研究较少；另一方面,可靠度作为弦支结构“性能设计”理论的主要基础,是未来设计规范需要考虑的主要内容。因此,本文对拉索的特性、弦支筒壳等结构的力学性能和可靠性能等方面进行了较为系统的研究。
　　 探讨了有关拉索特性的若干问题,并对不同类型弦支结构中拉索的张拉施工技术进行了分析。以拉索的试验数据为基础,考虑材料性能等因素的影响,得到了拉索抗力的统计参数；根据安全等级的不同,通过可靠度分析并引入抗力调整系数,确定了其合理的可靠度指标、最优抗力分项系数和强度设计值,可为今后相关规范的修订提供参考。
　　 分别采用蒙特卡罗法和响应面法,编制相应的计算程序,分析了弦支梁安全性和适用性两方面的可靠性并给出了各参数的灵敏度。为了评判结构的关键构件,通过计算各构件的可靠性影响系数,由线性加权方法得到构件的权系数方程,建立起一种评判影响弦支结构可靠度的关键构件的计算模型。
　　 采用基于响应面函数的蒙特卡罗法,研究了弦支筒壳整体屈曲失效模式下的可靠性；分析了矢跨比、垂跨比、撑杆数目和预应力作用等对结构承载力和变形失效模式下可靠性的影响,给出了基于结构可靠性的上述参数的合理取值,并得到了适用性条件下的目标可靠度指标。
　　 温度是影响弦支结构受力状态的重要因素之一,为此给出了温度作用下拉索预应力损失补偿方法；研究了弦支结构采用不同拉索时的可靠性能及其随温度的变化规律。研究表明,温度作用下结构适用性方面的可靠度有可能不满足规范要求；而进行补偿后,则弥补了温度对拉索预应力损失造成的影响。
　　 目前拉索线膨胀系数还没有进行详尽的研究,为此推导了拉索线膨胀系数的测定公式并确定了试验原理,研制了空气和水域两种线膨胀系数测定仪器。对钢丝绳、钢绞线、钢丝束和钢拉杆四种索材,进行了线膨胀系数的试验测定。根据测定的数值,并基于弦支筒壳试验模型,对弦支筒壳结构进行了温度作用下的力学性能分析和试验研究,给出了拉索和弦杆等的内力随温度的变化规律。研究表明,在分析和设计时,需要考虑温度作用对弦支结构性能的影响,同时也证明采用本文建议的拉索线膨胀系数值是可行的。