建筑工程技術(shù)畢業(yè)論文2.doc

石家莊城市職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文開題報告學(xué)生姓名楊云朦學(xué) 號55系(部)城建工程技術(shù)系班 級09建筑工程技術(shù)設(shè)計(論文)題目張弦梁結(jié)構(gòu)的施工指導(dǎo)教師姓名許光義職 稱講師指導(dǎo)教師研究方向建筑工程技術(shù)方向1選題的背景意義 跨度張弦梁結(jié)構(gòu)是近十余大年來快速發(fā)展和應(yīng)用的一種新型大跨空間結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)由剛度較大的抗彎構(gòu)件（又稱剛性構(gòu)件通常為梁、拱或桁架）和高強(qiáng)度的弦（又稱柔性構(gòu)件，通常為索）以及連接兩者的撐桿組成;通過對柔性構(gòu)件施加拉力，使相互連接的構(gòu)件成為具有整體剛度的結(jié)構(gòu)。2 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題對大跨度預(yù)應(yīng)力張弦梁常見的施工方法及其特點進(jìn)行了總結(jié)與分析。以天津鋼廠預(yù)應(yīng)力張弦梁為背景，通過基于ansys的優(yōu)化分析、非線性全過程分析以及屈曲分析，重點研究了預(yù)應(yīng)力張弦梁下弦鋼索張拉力的優(yōu)化、關(guān)鍵施工狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的受力性能分析與穩(wěn)定性分析等施工控制中的關(guān)鍵技術(shù)問題。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了兩榀預(yù)應(yīng)力張弦梁1：9縮尺模型的施工模擬試驗，研究了張弦梁施工全過程的受力性能。有限元分析與試驗結(jié)果表明：對下弦鋼索的張拉力進(jìn)行優(yōu)化可以有效地改善結(jié)構(gòu)在設(shè)計狀態(tài)下的受力性能；合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以保證張弦梁在施工過程中的強(qiáng)度與穩(wěn)定性；預(yù)應(yīng)力的張拉宜以跨中反拱作為控制指標(biāo)；有限元計算值與試驗結(jié)果吻合良好。3 研究的內(nèi)容與擬解決的主要問題 （1）工程說明 1）工程概況 2）張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理和分類 3）張弦梁結(jié)構(gòu)的找形分析 4）張弦梁結(jié)構(gòu)施工的難點及措施 5）施工人員的管理（2）張弦梁結(jié)構(gòu)施工需要解決的主要問題 1）收集張弦梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)資料，了解受力機(jī)理和分類 2）做實驗進(jìn)行張弦梁結(jié)構(gòu)的找形分析 3） 4）擬訂施工方案 5）張弦梁的預(yù)應(yīng)力張拉和安裝 6）張弦梁結(jié)構(gòu)的組裝和吊裝4 研究工作進(jìn)度和安排（一） 張弦梁的現(xiàn)場組（二） 張弦梁的吊裝 （三） 張弦梁的滑移 （四） 張弦梁的張拉方案5 主要參考文獻(xiàn)【1】 黃明鑫 ，大型張弦梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工，山東科學(xué)技術(shù)出版社，2005【2】 張毅剛，薛素鐸，楊慶山，范鋒，打垮空間結(jié)構(gòu)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1【3】 馬美玲，張弦梁結(jié)構(gòu)找型和受力性能研究，浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.2【4】 白正仙，張弦梁結(jié)構(gòu)的理論分析與實驗研究，天津大學(xué)博士學(xué)位論文，2004.2【5】 楊睿，預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)的形態(tài)分析及新體系的靜力性能研究，浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001指導(dǎo)教師審核意見：指導(dǎo)教師簽名：年 月 日本表由學(xué)生填寫，交指導(dǎo)教師答署意見后參照執(zhí)行。原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究與實踐工作所取得的成果，畢業(yè)論文中有關(guān)資料和數(shù)據(jù)是實事求是的。除文中已經(jīng)注明的引用內(nèi)容外，本畢業(yè)論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究與實踐做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。如有不實之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)責(zé)任。畢業(yè)論文作者簽名：日期： 年 月 日石家莊城市職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)論文 題目： 張弦梁結(jié)構(gòu)的施工 系 （部） 城建工程技術(shù)系 專業(yè)班級 09級建筑工程技術(shù)專業(yè) 學(xué) 號 55 學(xué)生姓名 楊云朦 指導(dǎo)教師 許光義 職 稱 講師 年 月 日張弦梁結(jié)構(gòu)的施工摘要：張弦梁結(jié)構(gòu)是由弦、撐桿和抗彎受壓構(gòu)件組成的新型自平衡體系結(jié)構(gòu)，具有受力合理、制造拼裝簡單和運輸方便等優(yōu)點，可以形成多種大跨度空間結(jié)構(gòu)形式，具有良好的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：弦 撐桿 抗彎受壓構(gòu)件 受力自平衡 空間結(jié)構(gòu) 目錄引言 1一、工程概述 2二、張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理和分類 3（一）張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理 3（二）張弦梁的分類 4三、張弦梁結(jié)構(gòu)找形分析 5（一） 逆迭代法的簡介6（二） 改進(jìn)的逆迭代法簡介 7（三）單榀張弦梁結(jié)構(gòu)性能各影響因素分析 8四、張弦梁結(jié)構(gòu)的施工難點及措施9（一） 張弦梁的現(xiàn)場組裝9（二） 張弦梁的吊裝 9（三） 張弦梁的滑移 9（四） 張弦梁的張拉方案 9五、施工人員的管理10結(jié)論 11參考文獻(xiàn) 12張 弦 梁 結(jié) 構(gòu) 的 施 工引言隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，尤其是在城市中，要在有限的土地上盡可能滿足更多大眾的需要，大型建筑成為解決這一問題的主要途徑，當(dāng)今的大型商場、酒店都采用張弦梁結(jié)構(gòu)。張弦梁是一種區(qū)別與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型雜交屋蓋體系。張弦梁結(jié)構(gòu)是一種有剛性構(gòu)件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)組成是一種新型自平衡體系，是一種大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)體系，也是混合體系發(fā)展中的一個比較成功的創(chuàng)造。張弦梁結(jié)構(gòu)體系簡單、受力明確、結(jié)構(gòu)形式多樣性、充分發(fā)揮了剛?cè)醿煞N材料的優(yōu)勢，并且制造、運輸、施工簡捷，因此具有良好的應(yīng)用前景。 1一、 工程概述天津軋三友發(fā)搬遷改造及配套項目2*1260m3高爐工程 該項目為新建數(shù)幢單層至兩層高廠房總面積為252,155平方米。 金屬新材料加工、高速線材、建筑鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)線、倉儲物流、供水供電等相應(yīng)車間及附屬設(shè)施建設(shè)該項目單體最大面積約為48000平方米，最大單跨跨度為24米，最大高度為20米施工部署 先確定工程開展程序，在擬定主要工程項目的施工方案，然后明確施工任務(wù)劃分與組織安排，最后編制施工準(zhǔn)備工作將計劃等。施工準(zhǔn)備 根據(jù)施工開展程序和主要工程項目施工方案，編制好施工項目全場性的施工準(zhǔn)備工作計劃。主要內(nèi)容包括: (1)安排好場內(nèi)外運輸、施工用主干道、水、電、氣來源及其引入方案; (2)安排場地平整方案和全場性排水、防洪; (3)安排好生產(chǎn)和生活基地建設(shè)。包括商品混凝土攪拌站、預(yù)制構(gòu)件廠、鋼筋、木材加工廠、金屬結(jié)構(gòu)制作加工廠、機(jī)修廠等; (4)安排建筑材料、成品、半成品的貨源和運輸、儲存方式; (5)安排現(xiàn)場區(qū)域內(nèi)的測量工作，設(shè)置永久性測量標(biāo)志，為放線定位做好準(zhǔn)備; (6)編制新技術(shù)、新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)的試制試驗計劃和職工技術(shù)培訓(xùn)計劃; (7)冬、雨季施工所需的特殊準(zhǔn)備工作。2二、 張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理和分類（一）張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理目前，普遍認(rèn)為張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機(jī)理為通過在下弦拉索中施加預(yù)應(yīng)力使上弦壓彎構(gòu)件產(chǎn)生反撓度，結(jié)構(gòu)在荷載作用下的最終撓度得以減少，而撐桿對上弦的壓彎構(gòu)件提供彈性支撐，改善結(jié)構(gòu)的受力性能。一般上弦的壓彎構(gòu)件采用拱梁或桁架拱，在荷載作用下拱的水平推力由下弦的抗拉構(gòu)件承受，減輕拱對支座產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)，減少滑動支座的水平位移。由此可見，張弦梁結(jié)構(gòu)可充分發(fā)揮高強(qiáng)索的強(qiáng)抗拉性能改善整體結(jié)構(gòu)受力性能，使壓彎構(gòu)件和抗拉構(gòu)件取長補短，協(xié)同工作，達(dá)到平衡，充分發(fā)揮了每種結(jié)構(gòu)材料的作用。所以張弦梁結(jié)構(gòu)在充分發(fā)揮索的受拉性能的同時，由于具有抗壓抗彎能力的桁架或拱而使體系的剛度和穩(wěn)定性大為加強(qiáng)。并且由于張弦梁結(jié)構(gòu)是一種自平衡體系，使得支撐結(jié)構(gòu)的受力大為減少。如果在施工過程中適當(dāng)?shù)姆旨壥┘宇A(yù)壓力和分級加載，將有可能使得張弦梁結(jié)構(gòu)對支撐結(jié)構(gòu)的作用減少的最小限度。 3（二） 張弦梁結(jié)構(gòu)的分類 張弦梁結(jié)構(gòu)按受力特點可以分為平面張弦梁結(jié)構(gòu)和空間張弦梁結(jié)構(gòu)。 平面張弦梁結(jié)構(gòu)是指其結(jié)構(gòu)構(gòu)件位于同一平面，且以平面內(nèi)受力為主的張弦梁結(jié)構(gòu)。平面張弦梁結(jié)構(gòu)根據(jù)上弦構(gòu)件的形狀可以分為三種基本形式：直線型張弦梁、拱形張弦梁、人字形張弦梁結(jié)構(gòu)。 直梁型張弦梁結(jié)構(gòu)主要用于樓板結(jié)構(gòu)和小坡屋面結(jié)構(gòu)，拱形張弦梁結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了上弦拱得受力優(yōu)勢適用于大跨度的屋蓋結(jié)構(gòu)，人字型張弦梁結(jié)構(gòu)適用于跨度較小的雙坡屋蓋結(jié)構(gòu)?？臻g張弦梁結(jié)構(gòu)示意平面張弦梁結(jié)構(gòu)為基本組成單元，通過不同形式的空間布置所形成的張弦梁結(jié)構(gòu)?？臻g張弦梁結(jié)構(gòu)主要有單項張弦梁結(jié)構(gòu)、雙向張弦梁結(jié)構(gòu)、多向張弦梁結(jié)構(gòu)、輻射式張弦梁結(jié)構(gòu)。單向張弦梁結(jié)構(gòu)由于設(shè)置了縱向支撐索形成的空間受力體系，保證了平面外的穩(wěn)定性，適用于矩形平面的屋蓋結(jié)構(gòu)。雙向張弦梁結(jié)構(gòu)由于交叉平面張弦梁相互提供彈性支撐，形成了縱橫向的空間受力體系，該結(jié)構(gòu)適用于矩形、圓形、橢圓形等多種平面屋蓋結(jié)構(gòu)。多向張弦梁結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)沿多個交叉方向布置而成的空間受力體系，該結(jié)構(gòu)適用于圓形和多邊形平面屋蓋結(jié)構(gòu)。輻射式張弦梁結(jié)構(gòu)是由于中央按輻射狀放置上弦梁，梁下設(shè)置撐桿用環(huán)向索而連接形成的空間受力體系，適用于圓形平面或橢圓形平面的屋蓋結(jié)構(gòu)。4三、張弦結(jié)構(gòu)梁的找形分析（一） 逆迭代法的簡介目前有關(guān)文獻(xiàn)中找形的方法不外乎由張其林提出的逆迭代法、文獻(xiàn)中改進(jìn)的逆迭代法。逆迭代法實際上是一種非常自然的思路:既然設(shè)計藍(lán)圖上的張弦梁幾何尺寸是初狀態(tài)（預(yù)應(yīng)力張拉完畢時結(jié)構(gòu)的狀態(tài)）的尺寸，那么就可以以此初狀態(tài)尺寸為近似零狀態(tài)尺寸建立有限元模型，然后對其施加預(yù)應(yīng)力（預(yù)應(yīng)力值按設(shè)計要求）進(jìn)行張拉，得到近似初狀態(tài)。然后將此近似初狀態(tài)的幾何尺寸與設(shè)計圖中真正的初狀態(tài)的幾何尺寸的差值增加到原有限元模型的節(jié)點坐標(biāo)上，作為近似初狀態(tài)重新建模，并再次進(jìn)行張拉，如此循環(huán)迭代，直到近似初狀態(tài)與初狀態(tài)的坐標(biāo)差值足夠小，即可視此近似初狀態(tài)為初狀態(tài)，而由之張拉而來的近似零狀態(tài)為要求的零狀態(tài)。如此即可得到零狀態(tài)幾何尺寸（施工人員據(jù)此放樣），又可得到初狀態(tài)的內(nèi)力、應(yīng)力分布，從而完成找平工作。實踐證明，只需進(jìn)行次數(shù)不多的迭代，就可達(dá)到足夠的找形計算精度。5（二）改進(jìn)的逆迭代法簡介上面提到的逆迭代法是將端部索斷開，釋放該處屋架上下弦的水平約束，并將該索段的預(yù)拉力的水平分量作為外力分別反向作用在屋架上下弦端部，進(jìn)而一步步逆迭代算計算。這種處理方法固然可以求出零狀態(tài)的幾何參數(shù)和初始態(tài)預(yù)應(yīng)力分布，但是如果要在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行荷載態(tài)的分析，則舉步維艱。因為索切斷之后的結(jié)構(gòu)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為靜定結(jié)構(gòu)，在這個靜定結(jié)構(gòu)上加載分析顯然不能反映原先結(jié)構(gòu)的受力特性，特別是此時下線索內(nèi)力已不會在隨荷載的變化而變化，失去了其原由的作用。改進(jìn)的逆迭代法，不是把索段用力張拉來實現(xiàn)，而是在索段中施加一定大小的初應(yīng)變，使其在變形協(xié)調(diào)后該索段的內(nèi)力等于預(yù)定值，通過這樣的改變使得研究問題可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行承受外荷載作用下的分析。從而彌補了以往預(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究中未能考慮受力狀態(tài)改變的缺陷。6具體迭代過程如下：假定圖紙給定的結(jié)構(gòu)初始態(tài)坐標(biāo)表示為xyz，經(jīng)過第k次迭代后所得的零狀態(tài)幾何坐標(biāo)為xyz初始態(tài)坐標(biāo)為xyz，位移為u.(2) 首先假設(shè)當(dāng)前的幾何即為零狀態(tài)幾何，即令xyz=xyz.(3) 在某(些)索段加上初應(yīng)變（預(yù)估），對幾何為xyz的結(jié)構(gòu)計算得位移u，k=1(4) 計算xyz=xyz+u，令=xyz-xyz。(5) 判別是否滿足給定的精度。若滿足，則xyz即為所求的零狀態(tài)幾何坐標(biāo);若不滿足，則令xyz=xyz+，轉(zhuǎn)第二步，并令k=k+1。(6) 由以上步驟得出零狀態(tài)的幾何參數(shù)后，將初應(yīng)變值賦予該索段求出平衡后所得到的狀態(tài)預(yù)應(yīng)力分布。此時，應(yīng)當(dāng)檢驗該索段的內(nèi)力值是否為預(yù)定值，如果過不是，則應(yīng)當(dāng)調(diào)整初應(yīng)變值從步驟(2)重新計算。7（三）單榀張弦梁結(jié)構(gòu)性能各影響因素分析對單榀張弦梁結(jié)構(gòu)性能給各影響因素分析的研究現(xiàn)狀 文獻(xiàn)【4】通過對撐桿數(shù)目、垂跨比、高跨比、梁的截面特性和弦的預(yù)應(yīng)力等參數(shù)對單棍張弦梁結(jié)構(gòu)靜力性能的影響進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：（1） 撐桿數(shù)目：通過撐桿連接拱和弦的張弦梁結(jié)構(gòu)，受力合理。但是撐桿數(shù)目的加并不能改善結(jié)構(gòu)的受力性能。（2） 垂跨比或高跨比的影響：隨著垂跨比或高跨比的增長，除剪力外，其他內(nèi)力如梁的彎矩和軸力以及索的最大應(yīng)力都減小，同時結(jié)構(gòu)的變形也減小，但半跨荷載下的變形幅度，因此，當(dāng)垂跨比達(dá)到某個特定值后，位移反應(yīng)的不利荷載由全跨荷載轉(zhuǎn)為半跨荷載。（3） 梁截面面積的影響：隨著梁截面面積的增大，除梁的正應(yīng)力有所減小外其它內(nèi)力及變形幾乎沒有變化，所以提高梁的面積，對已受力性能的改善是不明顯的。（4） 張弦梁結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)在建筑允許的條件下，采用可能大的跨度比；高跨比的值要考慮平面外風(fēng)載的作用大小；選擇適當(dāng)?shù)牧旱某叽绾拖颐娣e，使梁的最大正應(yīng)力和弦的最大正應(yīng)力同步達(dá)到材料極限狀態(tài)，對弦施加一定的預(yù)應(yīng)力以提高剛度。8四、張弦梁結(jié)構(gòu)的施工難點及措施（一）張弦梁的現(xiàn)場組裝單榀張弦梁上弦長達(dá)50m，需要在工廠分段加工后送現(xiàn)場組裝。張弦梁的組裝采用在礦槽北側(cè)地面搭設(shè)組裝胎架進(jìn)行組裝。組裝順序從左至右進(jìn)行。組裝完成后在地面組裝胎架上完成張弦梁的第一次張拉。（二）張弦梁的吊裝 張弦梁組裝完成后重達(dá)16t，跨度達(dá)40.8m，由于場地及土建等施工原因，所有張弦梁吊裝采用雙機(jī)抬吊安裝成滑移單元。本工程采用2臺120t汽車吊分別位于q軸線外雙機(jī)抬吊到滑移位置，然后安裝張弦梁之間的撐桿及檁條，使之形成剛性框架。（三）張弦梁的滑移 張弦梁拼裝完成并且第一次張拉完畢后利用兩臺120t汽車吊進(jìn)行抬吊。抬吊后直接放置在混凝土梁頂?shù)幕栖壍郎?。由于張弦梁過長，在沒有形成空間單元之前，需保證單品張弦梁的穩(wěn)定：及事先在張弦梁的不同位置設(shè)置攬風(fēng)繩，在張弦梁就位之后立即對張弦梁進(jìn)行固定。第一單榀張弦梁固定好后，進(jìn)行第二榀張弦梁的吊裝、就位和加固，并及時對張弦梁之間的支撐體系進(jìn)行連接，當(dāng)兩榀張弦梁及之間的支撐體系和檁條等全部連接安裝完畢，在檢查各個細(xì)部環(huán)節(jié)有沒有安全隱患后，便可以將此張弦梁單元組向前滑移到設(shè)計位置，在進(jìn)行下一榀張弦梁的吊裝就位。（四）張弦梁的張拉方案 每榀張弦梁在地面組裝完成后進(jìn)行第一次張拉，并進(jìn)行吊裝和單榀滑移，整體結(jié)構(gòu)滑移到位，并且檁條安裝完成后，進(jìn)行第二次張拉，張拉過程采取對稱分批張拉完成。 在經(jīng)過仿真計算，拉索最大張拉力約15t左右，因此需要2臺23t千斤頂，并且在第二次張拉過程中，需要兩根索同時張拉，故選用8臺23t千斤頂，即同時使用4套張拉設(shè)備。張拉設(shè)備應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)專用千斤頂和配套油泵、油壓傳感器、讀數(shù)儀。根據(jù)設(shè)計和預(yù)應(yīng)力工藝要求的實際張拉力對油