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双层索网与张弦梁结构对竖向刚度及索力敏感程度差异化分析_区彤.pdf简介：
"双层索网与张弦梁结构对竖向刚度及索力敏感程度差异化分析_区彤.pdf"这篇论文可能是由作者区彤撰写，主要探讨了两种不同的结构体系——双层索网结构和张弦梁结构在竖向刚度和索力方面的特性比较。双层索网结构通常用于大型跨度的桥梁设计中，它由多层索组成，能够提供良好的空间稳定性；而张弦梁结构则是一种轻型结构，主要依赖于弦索的张力来抵抗外荷载。
论文可能会分析这两种结构在设计时对竖向刚度（即结构抵抗垂直载荷的能力）的敏感性，以及对索力（即结构中各索线的张力）的控制需求。竖向刚度的敏感性可能取决于结构的几何形状、材料性质和支撑条件等因素；而索力的敏感程度则可能影响到结构的稳定性和安全性。
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双层索网与张弦梁结构对竖向刚度及索力敏感程
层索网与张弦梁结构对竖向刚度及索力敏感程度差异
区彤1,2，林全攀1,姜正荣3GBT17493-2018标准下载，石开荣3
摘要大跨度柔性及 得以实现。近年来上述两种结构被广泛地月 了大量理论研究，且研究成果已较 地用于实际工程中。因柔性和半刚性结构对 了较大差异， 的大跨度轮辐式 ，其中包 效坚可刚度系数（ 讲行对比分析 分析结论指导相似 度存在突变和缓慢 誉强的现象 正值降为 发生松弛 变且不存在刚度突变现象。当跨度较小时、 勾出现等效竖向刚度G下降的现象，但索网结构 于张弦梁结构。相同平面布置情况下，索网结构的索力 感程度值TS1、 索力敏感程度相对值TS2均大于张弦梁结构，表明索网结构对索力的敏感程度较小，而张弦梁结构 寸于上部刚性杆件的存在，整体刚度在较小索力的情况下已经形成 使得该结构对索力敏感程度加强。增大预应力或 成小跨度的过程中，索网和张弦梁结构均出现对索力敏感程度减弱的现象。对索网与张弦梁结构索力敏感程度值TS1 的进行比较后发现，两种结构的TS1比值稳定在2.43~2.55之间，该结果可为相似工程提供参考意义。在实际工程的 设计过程中，因结构参数（如索径、杆件截面、结构拓扑形式等）的差异，TS1的比值可根据在本文求得的基础上进 行适当增减。 关键词大跨度；轮辐式双层索网：辐射式张弦梁；竖向刚度；索力敏感 DOI:10.13206/i.gigS20062901
Tong OU 1.2, Quanpan LIN', Zhengrong JIANG3, Kairo
图2辐射式张弦梁结构计算 Fig.2 Calculation model of radial beam string structur
在ANSYS建模过程中，稳定索、承重索、环索采用LINK10单元（两端铰接只拉单元）， 撑杆采用LINK8单元（两端铰接杆单元），内拉环梁和外压环梁采用BEAM44（两端固结梁单 元），V形柱采用BEAM44（两端铰接梁单元）
2.2.2材料力学参数
2.2.4分析数据选取点位量
下文的分析中，竖向位移及索力提取位置如图3所示（位移及索力最大位置）。
图3分析数据选取点示意图 Fig.3 Schematic diagram of analysis data selection points
为探究柔性结构与半刚性结构的刚度差异，本节引人等效竖向刚度系数G，该系数计算如下所 示：
G: s(1.5)S(0.5)
其中，S1.5)表示荷载倍数为1.5时结构竖向位移；S(0.5)表示荷载倍数为0.5时结构竖向位移。 本节的等效竖向刚度系数G反映结构在0.5倍外荷载到1.5倍外荷载的等效刚度，G越大，说明结构 竖向刚度越大， 针对两种结构形式的多组计算，在确定各组的初始预应力之后（索网结构上径向索初应 力为1600kN，下径向索初应力为2800kN；张弦梁下部索初应力为1800kN），通过不断增大外荷 载，跟踪记录荷载位移曲线，索网结构的计算结果如图4~6所示，张弦梁结构的计算结果如图7~9所 示。
图4荷载位移曲线（跨度89m） Fig.4 Load displacement curve (span 89m)
图7荷载位移曲线（跨度89m） Fig.7 Load displacement curve (span 89m)
图8荷载位移曲线（跨度110m） Fig.8 Load displacement curve (span 110m)
图9荷载位移曲线（跨度130m） Fig.9 Load displac
从图4~6可知，跨度为89m，110m，130m的索网结构，外荷载倍数分别在3.3、2.2、1.5时，荷 载位移曲线斜率发生突变，说明索网结构在此位置发生竖向刚度突变。通过对环向索（构造索）的内 力进行跟踪记录后发现，在刚度突变点，环向索内力逐渐由正值降为0（发生松弛），说明环向索的 公弛现象导致结构竖向刚度发现突变。因其不会使整体结构受力出现安全问题，仅对竖向刚度发生影 响，结构体系依然成立，限于篇幅原因，本文不对其做更深入的探讨。 此外，荷载位移曲线随着荷载的增大，斜率不断减小（减小量较小），说明索网结构的刚度呈现 缓慢增强的趋势。通过数据分析可知，相比于荷载施加初期刚度，末期刚度约增加3.2%，因增加量 较小，实际分析中可忽略不计。 从图7~9可知，张弦梁结构的竖向刚度基本遵循线性受力特征，在外荷载不断加大的过程中，竖 向刚度基本维持不变。 在上述荷载增加的过程中，跟踪记录索力位移曲线，索网结构的计算结果如图10~12所示，张弦 梁结构的计算结果如图13~15所示。
图10索力位移曲线（跨度89m） Fig.10 Cable force displacement curve (span 89m)
图11索力位移曲线（跨度110m） Fig.11 Cable force displacement curve (span 110m)
图12索力位移曲线（跨度130m Fig.12Cable force displacement curve (span 130m)
图13索力位移曲线（跨度89m） Fig.13 Cable force displacement curve (span 89m)
图14索力位移曲线（跨度110m） Fig.14Cable force displacement curve (span 110m)
图15索力位移曲线（跨度130m） Fig.15 Cable force displacement curve (span 130m)
从图10~15的结果可知，索力与位移曲线的关系与荷载位移曲线基本吻合，索网结构的索力 司样存在斜率突变点，与荷载位移曲线斜率突变点基本吻合；张弦梁结构的索力位移曲线斜 不断增大过程中，几乎保持不变。 分别求上述6组的等效竖向刚度G，所得结果如表1所示：
表1等效竖向刚度对比表
从表1的结果可知，随看跨度的增天，两种结构均出现等效竖向刚度G下降的现象。将索网与 张弦梁结构的等效竖向刚度G进行对比后可知，当跨度为89m时，索网结构的等效竖向刚度约为张 弦梁的0.95倍，而当跨度接近130m时，该值降为约0.49。说明当跨度较小时，两种结构的等效竖向 刚度G非常接近，但随着跨度的增大，索网结构的等效竖向刚度G下降的速度远快于张弦梁结构，
4索力敏感程度对比研究
由第2节可知，索网和张弦梁结构在竖向刚度上存在差异，且索力位移曲线遵循一定规律，为进 步研究上述两种结构对索力敏感程度的区别，本节引入索力敏感程度值TS1和索力敏感程度相对值 TS2，用于探究两种结构对索力的敏感特性。TSi和TS2的计算如下所示：
其中Ti(200mm）为竖向位移200mm时结构索力值，T2(100mm）为竖向位移100mm时结构索力 值。上述两种参数中，TSi表示整体结构从100mm处上升至200mm过程中，所需增大的索力量，TS 越大，说明在增大相同位移的情况下，所需增大的索力量越多，结构对索力敏感程度越小；TS2表示 在上述过程中索力增量与初始量（位移为100mm时的索力）的相对值。同理，TS2越大，说明在增大 相同位移的情况下，所需增大的索力相对量越多，同样结构对索力敏感程度越小。 同样采用第一节的计算，在确定各组的初始预应力之后，保持外荷载不变的情况下，在 初始预应力的基础上不断增大预应力，跟踪记录索力位移曲线，索网结构的计算结果如图16~18所 示，张弦梁结构的计算结果如图19~21所示（图中数值为正代表向上的挠度，数值为负为向下挠 度）
图16索力位移曲线（跨度89m） Fig.16 Cable force displacement curve (span 89m)
图17索力位移曲线（跨度110m） Fig.17 Cable force displacement curve (span 110m)
图18索力位移曲线（跨度130m） Fig.18 Cable force displacement curve (span 130m)
图19索力位移曲线（跨度89m） Fig.19 Cable force displacement curve (span 89m)
图20索力位移曲线（跨度110m） Fig.20 Cable force displacement curve (span 110m)
《桥梁通航安全影响论证报告编制规定 JTS110-9-2012》图21索力位移曲线 （跨度130m） Fig.21 Cable force displacement curve (span 130m)
从图16~21的结果可知，在增大预应力的过程中，两种结构的索力位移曲线相似，斜率逐渐减小 但减小量不大），说明两种结构在此过程中对索力敏感程度降低（单位索力引起竖向位移的变化减 求解上述各组的索力敏感程度值TS1和索力敏感程度相对值TS2，所得结果如表2所示：
表2索力墩感程度对比表 Table 2 Comparison table of cable tension sensitivit
索网和张弦梁结构索力敏感程度值TS1随跨度的变化曲线如图22所示；索力敏感程 TS，随跨度的变化曲线如图23所示。
图22索力敏感程度值TS1与跨度的变化曲线 Fig.22 Variation curve of cable tension sensitivity value 7Si and spar
JTG 1002-2022 公路工程行业标准制修订管理导则图23索力墩感程度相对值TS2与跨度的变化曲线