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十年来中国悬索结构的发展

发布于:2005-06-07 19:54:07 来自:建筑结构/钢结构工程 9 3673 [复制转发]
中国现代悬索结构之发展始于50年代后期和80年代。北京的工人体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。北京工人体育馆建成于1961年,其屋盖为圆形平面,直径94m,采用车辐式双层悬索体系,由截面为2m X2m的钢筋混凝土圈梁、中央钢环,以及辐射布置的两端分别锚定于圈梁和中央钢环的上索和下索组成。中央钢环直径16m,高11m,由钢板和型钢焊成,承受由于索力作用而产生的环向拉力,并在上、下索之间起撑杆的作用。浙江人民体育馆建成于1967年,其屋盖为椭圆平面,长径80m,短径60m。采用双曲抛物面正交索网结构;长径方向主索垂度4.4m,短径方向副索拱度2,6m。
  大家知道,世界上最早的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的Releigh体育馆,采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或技术水平来看,在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间,一直到1980年才建成成都城北体育馆。它的直径为61m的圆形屋盖也是采用车辐式双层悬索结构,但作了一些改进:所有的索在中央环处不切断,而是沿环的切线穿越过去,铺在圈梁的对侧位置上。这样不仅节省了一半悬索锚具,而且中央环不再承受环向拉力,而仅起上、下索之间撑杆的作用,从而节省了相当数量的钢材。
尽管存在如上面介绍的一些杰出工程,现在来回顾80年代初期我国悬索结构以致整个空间结构的总体发展水平,仍然只能承认当时仅有平板网架结构的发展是比较成熟的;由于60年代以后全国在平板网架方面投入了不少力量,在工程实践和理论分析方面均积累了较多经验。但在悬索结构、网壳结构、薄壳结构和薄膜结构等其它空间结构类型方面,则相对比较落后,工程实践既有限,理论储备也不足,同国际发展水平相比差距较大。这种状态同当时蓬勃兴起的新的建设形势形成了明显的反差。在设计日益增多的如体育馆等一些大型公共建筑时,普遍感到结构形式的选择余地很有限,无法满足日益发展的对建筑功能和建筑选型多样化的要求。这种生产要求对我国空间结构的发展起到了良好的刺激作用,各设计和研究部门对探讨多样化的空间结构形式和进行相应的理论研究产生了越来越多的兴趣。1982年空间结构委员会的成立集中地反映了这种共同的要求。从那时候起,我国空间结构,包括悬索结
构进入了一种较快的协调发展的状态。今天来回顾我国悬索结构十年来的发展。可以看到工程实践的数量有了较大增长,结构的应用形式趋向多样化,理论研究也逐渐完整配套,形势是十分喜人的。

二、结构形式的发展

从近年来工程实践中所采用的结构形式来看,各种单层索系、双层索系、索-梁(桁)体系、鞍形索网、各种组合悬挂体系都获得了工程应用,形式丰富多样。表1按结构类型列出国内已建成的工程项目,其中绝大多数是近十年内设计和建造的,但为了完整,表中也列入了较早时期建造的几个工程项目。
从表1可以看出,近十年来的工程实践几乎对各种悬索结构形式都进行了探索。尤其值得称道的是,我国的工程技术人员在学习和吸收国外先进经验的同时,在结合工程具体条件创造更加符合中国国情的结构应用形式方面作了不少尝试和创新。例如山东省淄博等地把悬索结构应用于一些中小型屋盖结构中,颇具特色。他们主要采用单层平行索系(或伞形辐射索系)上加钢筋混凝土屋面板的构造方式。施工时先将屋面板挂在索上(使索正好位于极缝中),在板上加载使索伸长,然后在板缝中浇灌细石混凝土,待
达到一定强度后卸去荷载,即形成具有一定预应力的“悬挂薄壳”。这种构造和施工方法不需要复杂的技术和设备,相应地造价也比较经济,因而很符合各地区建造中、小型建筑的需要。在开拓新的结构形式方面,淄博化纤厂餐厅的悬挂薄壳屋盖采用正方形悬垂索网,并沿二对角线方向加设主索作为中间支承,颇具新意。

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  • wbj408
    wbj408 沙发
    支持一下!介绍的很详细,谢谢斑竹的无私奉献,让我收获很大,hehe!
    2007-06-15 15:52:15

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  • small-9528
    small-9528 板凳
    很感谢,介绍深入浅出,正在为悬索结构论文发愁呢~~呵呵这下找到好东东了~~
    2007-06-15 07:56:15

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  • txfhje
    txfhje 地板
    支持一下!介绍的很详细,谢谢斑竹的无私奉献,让我收获很大
    2005-07-03 13:27:03

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  • herunfeng3333
    太好了,如此详细的介绍让我收获很大,谢谢斑竹的无私奉献.
    2005-06-08 21:29:08

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  • nmgp
    nmgp 5楼
    摘要】根据工程力学及建筑美学原理,提出了合理桥式所应遵循的20条准则。本文的分析结果是对桥式设计理论的贡献,可供桥式方案优化设计实践参考。
    【关键词】最优设计理论 桥式 工程力学 建筑美学
    1 引言
    在漫长的古代和中世纪,从事建筑营造活动的工匠,既是建筑师,又是结构工程师。后来,随着建筑功能的大大增加及结构的复杂化,才出现了建筑师与结构工程师的分工。但是,桥梁就有所不同,直到现在,一位桥梁设计师既是建筑师,又是结构工程师。依笔者之见,究其原因大概有三条:
    ①桥梁的功能并不复杂,其建筑设计可由结构工程师代替;
    ②桥梁所受荷载较房屋建筑特别大,因而,其造型大多以结构受力合理为重心进行选择,也就是说,桥梁建筑设计与结构设计联系非常紧密;
    ③桥梁建筑设计与施工方法紧密相连,而施工方法与结构受力分析息息相关,这是桥梁工程的显著特点之一。
    当今世界桥梁飞速发展,越来越多的桥梁需要我们去建造,尤其是正在酝酿的跨海峡大桥,其迫切需要超大跨径,于是,人们开始不满足于现有的桥式,,而是正积极探索其它崭新的桥式,这就需要对桥梁建筑学进行研究。笔者根据多年桥梁设计的实践经验,结合工程力学原理及建筑美学法则,总结出合理桥式应遵循的若干条规律,初步形成了桥式最优设计理论。
    2 合理桥式所遵循的规律[1][2][3]
    桥梁结构合理形式并非有特定的单一的结构形式,因此,研究其特性应从总体上把握其规律,然后,以其为标准评价所要讨论桥式的优劣。
    实际上,桥梁结构合理型式所遵循的一些规律已零散地存在于桥梁建设者的头脑中,并自觉或不自觉地运用于实践。,这里只不过将其归纳总结,使之系统化、理论化、使其具有逻辑性,有层次感。这些规律难以定量化,而只能用语言描述的形式来表达。
    【准则1】良好的结构方案是良好结构设计的重要前提。
    因为在结构设计中,无论多么完美的结构计算都无法弥补经结构构思而形成的结构方案中的不足,相反,良好的结构方案却能够部分弥补结构计算中的不足。由此可见结构构思的重要性。
    【准则2】功能准则 结构应满足全部功能的要求。
    准则2给出了桥式最基本的要求——功能要求。
    【准则3】功能决定结构。
    由准则2不难得到准则3。桥梁的跨越功能是桥梁最基本的功能之一,桥梁的跨越功能决定了桥梁必须有桥跨结构,而为了支承桥跨结构,必须有支承结构。桥梁要使其上的车辆或行人等安全、舒适地通过,桥梁须能承受车辆、行人等荷载,且不产生过大的变形而影响使用。正是桥梁功能的要求,才使得为满足桥梁功能要求而修建的结构被称为桥梁。
    【准则4】几何不变准则 一般工程结构都必须是几何不变体系。
    为了保证车辆、行人等安全、舒适地通过桥梁,桥梁结构在主要受力面-顺桥向铅垂面内应保证几何不变,在次要受力面-横桥向铅垂面及水平面内亦应保证足够的刚度。这是桥梁成为工程结构的基本条件。
    判别一结构是否为几何不变的过程称为机动分析[3]。
    【准则5】传力路径准则 合理的结构在荷载作用下,其传力路径较短。
    传力路径——笔者建议将构件中主拉(压)应力迹线定义为传力路径,将结构在使用荷载(包括桓载)作用于,各主要受力构件传力路径之和定义为该结构的传力路径总长。
    对于拉(压)杆,其主应力迹线均平行于杆件轴线,因此,传力路径等于杆件的长度。而对于纯受弯杆件,任一横截面内均有拉应力及压应力,其主拉(压)应力迹线亦平行于杆

    作者简介:张师定(1965-),男,桥梁工程师,陕西大荔人,1989年毕业于西南交通大学桥梁专业,获工学学士学位,主要负责设计了泰州引江河大桥等,发表学术论文11篇.
    件轴线,其传力路径等于杆件的长度。但梁常为弯剪耦合构件,梁内任意一点均处于二向受力状态。其主应力迹线呈曲线,可见,其传力路径复杂,此时可将梁比拟为“桁架”(拉一压结构),其各构件传力路径之和可定义为梁的传力路径。对于弯剪扭耦合构件,可将其比拟为“空间桁架。可见,拉(压)杆件传力路径较受弯杆件短得多,它是传力最简捷的构件。
    不论是桥跨结构还是支承结构,不论是横截面内(如受弯箱梁在弯矩平面内的传力路径主要是沿腹板传递,因此,其主筋应配置在靠近腹板的范围内为好等)还是细部构造(如拱上立柱与箱拱连接处横隔板沿立柱竖向设置较径向设置传力简捷;带挂孔的悬臂梁桥采用受拉型铰较传统受压型铰施工吊装方便、牛腿的受力与梁的受力吻合,细部构造优越等),传力路径简捷、明快者为较好的形式。
    【准则6】应力均匀准则 结构应力应均匀流畅。
    对于杆系结构,应力均匀流畅包括杆件横截面内应力均匀,沿杆件长度方向内力均匀及结点、边界处应力均匀,总之,要求结构应力处处均匀流畅。
    只有结构应力均匀,才能较好地发挥材料的强度,取得经济效益。
    准则5与准则6是从力学角度衡量桥式优劣的重要准则。
    【准则7】承受轴向拉力或压力的结构,简称为“
    2005-06-07 20:56:07

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