为分析索支撑实腹式门式刚架的受力性能,本文对跨度72m,檐口高度24m,柱距9m,屋面坡度1:20的某粮食仓库采用索支撑门式刚架进行了计算。考虑到撑竿在施加预应力过程中伸长量很大,计算时应考虑大变形。本文采用几何非线性方法进行计算,以一榀刚架为单元,按平面结构处理。施工过程中刚架的实际受荷过程分三个阶段:第一阶段--刚架在现场拼装完成后,此时刚架只承受自重。第二阶段--刚架拼装后,安装钢拉索和撑竿,然后旋撑竿施加预应力,此时刚架同时承受自重和预应力。第三阶段--刚架在正常使用阶段承受全部使用荷载。因此,刚架受力性能分析计算按照以上三个阶段进行。 刚架在正常使用阶段的荷载最不利组合考虑以下几种计算工况:
(1)1. 2恒荷载+1.4活荷载
(2)1.0恒荷载+1.4风荷载(向右)
(3)1.2恒荷载+1.4风荷载(向右)
(4)1.2恒荷载+1.4×0.85(活荷载+风荷载(向右)) 通过仔细分析表1中数据和不同阶段刚架内力变化图可以看出,施加了预应力后的梁柱节点弯矩由自重作用下的-503.67KNm增至217.03KNm,梁跨中弯矩由313.78KNm减至-365.96KNm(图7)。
此时刚架梁柱的内(应)力几乎与竖向荷载作用下的内(应)力反号,预应力对刚架起到了很好的卸载作用,而且刚架梁柱的应力均不大(表1)。刚架承受外荷载作用时,虽然2、3两种荷载组合作用下由于风荷载对屋盖向上的吸力作用,刚架的内力在施加预应力后的内力基础上略有增加,但结果表明这两种工况引起的最终内力都不起控制作用。在竖向荷载作用下,刚架梁柱节点和跨中内力分别由第二阶段的217.03KNm和-365.96KNm逐渐变到-1273.12KNm和116.05KNm(图7)。
施加预应力后刚架梁的跨中挠度由自重作用下的180.2mm(向下)变为263.2mm(向上),柱顶侧移由7.2mm(向外)变为18.8mm(向内)(表1)。 对截面进行进一步优化后,上述72m跨度的粮仓采用索支承预应力门式刚架用钢量(仅为刚架部分,未包括钢拉索和撑竿)为32.2 kg/m2,比原来用普通门式刚架(文献[8])节省用钢量约35%左右。即采用撑竿和钢索施加预应力可以提高大跨度门式刚架的经济指标,从而增大门式刚架的经济适用跨度。