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1、为了使张弦梁结构在施加了预应力和重力荷载产生变形后其 形状为设计的形状, 需要进行找形分析算出结构的原始形状, 作为 杆件的下料依据. 找形分析也称为初始平衡问题 , 进行找形分析的 方法有: 物理模型实验方法；非线性有限元法;支座位移法;力密度法; 动力松弛法等。根据张弦梁结构不同的荷载状态, 结构形态可以分 3 种. 零 状态 （ 又称放样态 ）: 预应力索尚未张拉时结构的状态. 此时杆件 中应力为零, 故称为零状态;初始态 （ 又称预应力态 ） : 预应力索 张拉完毕时结构的状态 ;荷载态:预应力索张拉完毕并且外荷载也施 加完毕时结构的状态.对于索中预应力的大小，可以根据预应力度和 相应
2、的索力设计准则来确定,因此张弦梁的找形分析就属于第二种找 形分析:在给定预应力分布状态的情况下,寻找零状态几何形状.文献 1 提出了逆迭代法进行张弦梁的找形. 逆迭代法需 要多次的非线性迭代、 试算, 要求有一定的计算经验, 才能减少试 算次数. 同时在这种方法中以固定的力来代替结构中的索 , 结构的 刚度并未考虑索的贡献 . 找形结束后, 模型不能直接应用于结构的 后续荷载态分析. 文献 2 应用 AN S Y S 基于逆迭代法的原理 对一榀单向张弦梁进行找形 . 该方法适用于上部为型钢梁的平面张 弦梁结构, 要求结构具有对称性.实际上, 上弦梁的形式通常是立体 桁架. 在桁架中由于斜腹杆的
3、存在使结构产生不对称的位移 . 当应 用 AN S Y S 中的 U P GEO M 命令时, 将使变形误差得到累积 , 而 给下一次的计算增加了结构初始变形缺陷 , 在非线性计算时结构将 由于失稳而停止; 计算过程中仍然需要重新建立模型 ; 计算中依然 以力代索, 没有考虑索的刚度, 模型不能直接应用于后续分析如上所述, U P GEO M 命令将撑杆在每一次计算后的侧向偏移 量累加到零状态的节点坐标 , 使撑杆在非线性计算时产生失稳而使 计算不收敛. 解决这个问题有 2 种方法: 在找形时, 保持撑杆的平 面外坐标 （ Z 轴向 ） 不变, 只改变平面内 （ X、Y 轴向 ） 的坐标 值;
4、 在找形时, 对撑杆的上下节点在侧向 （ Z 轴向 ）上施加单向 位移约束. 对一榀单向张弦梁按以上两种方法进行找形 , 两种方法 所得出来的结点坐标是一致的 . 对于双向张弦梁 , 由于横向索和纵 向索的相互影响 , 采用 L i nk8 杆单元无法收敛 , 可以用梁单元 beam 44 来代替杆单元. 计算结果表明, 应用梁单元来模拟撑杆 , 可以保证非线性计算收敛 . 在实际的结构中, 撑杆的上弦同上部梁 是铰接的, 采用梁单元计算将加大结构的刚度 . 对一榀张弦桁架分 别用梁单元和杆单元来模拟撑杆 . 计算结果表明 , 模型中采用梁单 元模拟撑杆进行计算时, 上弦构件、 撑杆和索的各项
5、内力小于杆单 元模型, 但是两者的差别非常小 . 因此可以采用梁单元来模拟双向 张弦梁中的撑杆. 在找形时, 可以先采用杆单元来模拟撑杆 , 对撑 杆的上下两端施加双向位移约束, 使撑杆在竖向自由. 找形结 束后, 去掉撑杆两端的约束, 并换用梁单元模拟撑杆进行计算 ; 也 可以直接用梁单元模拟撑杆计算, 此时可不在撑杆两端施加约束 参考文献: 1 张其林,张莉,罗晓群.预应力梁 -索屋盖结构形状确定 C / / 第九届空间结构学术会议 论文集. 北京: 中国建筑科学研究院建筑结 构研究所, 200 0 : 387 - 39 4 .2齐永胜,周 泓, 苏康.用 APDL 语言解决张弦梁结构找形问题的方法 J. 山西建筑,2004,3 0( 3 ) : 20 - 2 1
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