0 소개
장현빔 구조는 일본 대학의 M.Saitoh 교수가 먼저 제기한 것으로, 전통 구조와는 다른 새로운 잡교 지붕 시스템이다. 장현 구조는 강성 부재 상단, 플렉시블 케이블 및 중간 장대로 구성된 혼합 구조 시스템입니다. 그 구조 구성은 새로운 종류의 자기균형 체계로, 넓은 스팬 사전 응력 공간 구조 체계로, 혼합 구조 체계 발전의 성공적인 창조이다. 스트링 빔 구조 체계는 간단하고, 힘이 명확하고, 구조가 다양하며, 강성과 유연성 있는 재료의 장점을 충분히 발휘하고, 제조, 운송 및 시공이 간단하고 편리하며, 좋은 응용 전망을 가지고 있다.
스트링 구조의 분류, 힘 메커니즘 및 스트링 구조에 기반한 형상 분석. 스트링 수, 수직 스팬 비율, 높은 스팬 비율, 아치 관성 모멘트 및 스트링 빔 사전 응력이 스트링 구조의 기계적 성능에 미치는 영향을 요약합니다. 유한 요소 분석을 통해 구조의 안정성을 분석했습니다.
1. 빔 스트링 구조의 기계적 메커니즘 및 분류
1. 1, 빔 스트링 구조의 기계적 메커니즘
현재 장현 구조의 역학 메커니즘은 상현 굽힘 부재가 하현에 사전 응력을 가하여 역처짐을 생성하고, 구조의 하중 작용에 따른 최종 처짐이 감소하는 것으로 널리 알려져 있으며, 장대는 상현 굽힘 부재에 탄성 지지를 제공하여 구조의 역학 성능을 높인다. 일반적으로 아치 보 또는 트러스 아치를 상현의 굽힘 부재로 사용하고, 하중 하에서 아치의 수평 추력은 하현재의 당기기 부재에 의해 지지에 대한 아치의 부담과 슬라이딩 지지의 수평 변위를 줄입니다. 스트링 빔 구조는 고강도 케이블의 강한 인장 성능을 충분히 발휘하여 전체 구조의 역학 성능을 향상시키고, 굽힘 부재와 당기기 부재가 서로 참고하여 함께 작업하고, 자기 균형을 이루며, 각 구조 재료의 역할을 충분히 발휘할 수 있다는 것을 알 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 템플린, 스트링, 스트링, 스트링, 스트링, 스트링, 스트링)
따라서 스트링 구조는 케이블의 인장 성능을 충분히 발휘할 뿐만 아니라 트러스나 아치의 압축 및 굽힘 능력 때문에 시스템의 강성과 안정성을 크게 향상시킵니다. 스트링 빔 구조는 자체 균형 시스템이므로 지지 구조의 응력이 크게 감소합니다. 시공 중 사전 장력 및 등급 하중을 올바르게 적용하면 빔 스트링 구조가 지지 구조에 가하는 힘을 최소화할 수 있습니다.
1.2, 빔 스트링 구조의 분류
스트링 구조는 힘 특성에 따라 평면 스트링 구조와 공간 스트링 구조로 나눌 수 있습니다.
평면 빔 스트링 구조는 구조 부재가 동일한 평면 내에 있고 평면 내의 응력이 주 힘이 되는 빔 스트링 구조입니다. 평면 스트링 구조는 상현재의 모양에 따라 직선 스트링 구조, 아치형 스트링 구조 및 헤링본 스트링 구조의 세 가지 기본 형태로 나눌 수 있습니다.
직선 빔 스트링 구조는 주로 바닥 구조 및 작은 경사 지붕 구조에 사용되며, 아치 스트링 구조는 상단 아치의 힘을 충분히 발휘하며, 긴 스팬 지붕 구조에 적용되고, 헤링본 스트링 구조는 작은 스팬 이중 경사 지붕 구조에 적용됩니다.
공간 스트링 구조는 평면 스트링 구조를 기본 단위로 하여 다양한 형태의 공간 배치를 통해 형성된 스트링 구조입니다. 공간 스트링 구조는 주로 단방향 스트링 구조, 양방향 스트링 구조, 다 방향 스트링 구조 및 방사형 스트링 구조로 구성됩니다.
단방향 스트링 구조는 세로 지지 케이블로 형성된 공간 힘 시스템으로 평면 외부의 안정성을 보장하며 직사각형 평면 지붕 구조에 적합합니다. 양방향 빔 스트링 구조는 교차하는 평면 스트링 빔이 서로 탄성 지지를 제공하기 때문에 수직 및 수평 공간 힘 체계를 형성합니다. 이 구조는 직사각형, 원, 타원 등 다양한 평평한 지붕 구조에 적합합니다. 다방향 빔 스트링 구조는 원형 및 다각형 평면 지붕 구조에 적합한 여러 방향으로 교차하는 평면 스트링 구조로 구성된 공간 힘 시스템입니다. 복사 빔 스트링 구조는 상현을 중심에 방사형으로 배치하고 빔 아래에 스트러트를 설정하고 링 케이블로 연결하여 형성된 공간 힘 시스템으로 원형 평면 또는 타원형 평면의 지붕 구조에 적합합니다.
2. 빔 스트링 구조의 형상 분석.
2. 1 빔 스트링 구조 쉐이프 정의
스트링 구조는 스트링 구조와 같은 유연한 구조와 마찬가지로 스트링 구조의 가공, 시공 및 힘 특성을 기반으로 합니다. 일반적으로 구조 형태도 0 상태, 초기 상태 및 하중 상태로 정의됩니다.
0 상태는 케이블 장력 전의 상태이며, 실제로는 구성요소 가공 로프트의 형태이며, 일반적으로 구조 로프트 상태라고도 합니다.
초기 상태는 케이블 장력 후 구조가 제자리에 설치된 상태로, 일반적으로 사전 응력 상태라고도 합니다. 초기 상태는 시공 도서의 명확한 구조 모양입니다. (자중 작용에 포함)
하중 상태는 외부 하중이 초기 구조에 작용하고 변형이 발생한 후의 큰 균형 상태입니다.
스트링 구조의 상현재를 초기 모양에 지정된 형상 매개변수에 따라 가공하고 로프트하는 경우 스트링 케이블을 사용할 때 스트러트로 인해 스트러트가 상현재를 위쪽으로 변형하고 당기기가 완료되면 구조 상현재의 모양이 초기 모양에서 벗어나 건물 설계의 요구 사항을 충족하지 못합니다. 따라서 스트링 구조의 상현재의 가공 로프트는 일반적으로 장력으로 인한 변형 영향을 고려하므로 스트링 구조를 정의해야 하는 이유입니다.
2.2 빔 스트링 구조의 형상 분석
현재 관련 문헌에서 모양을 찾는 방법은 장기린이 제시한 역반복법과 문헌 중의 개선된 역반복법일 뿐이다.
첫째, 역 반복 방법 소개
역반복법은 설계도에서 스트링 빔의 형상 치수가 초기 상태 (사전 응력 장력이 완료된 후 구조의 상태) 의 크기이기 때문에 이 초기 상태 치수를 대략적인 0 상태 치수로 사용하여 유한 요소 모형을 만든 다음 사전 응력 (사전 응력 값이 설계 요구 사항에 따라) 을 적용하여 초기 상태를 얻을 수 있습니다. 그런 다음 설계 시트에서 초기 상태에 가까운 형상 치수와 실제 초기 상태의 형상 치수 간의 차이를 원래 유한 요소 모형의 노드 좌표로 증가시키고, 대략적인 초기 상태를 다시 모델링한 다음 다시 신축하는 등 초기 상태와 초기 상태의 좌표 차이가 충분히 작아 초기 상태에 근접할 수 있을 때까지 결과 0 상태가 원하는 0 상태가 됩니다. 이렇게 하면 0 상태의 기하학적 치수 (시공사가 이에 따라 출발함) 뿐만 아니라 초기 상태의 내부 힘 및 응력 분포를 얻을 수 있어 모양 찾기 작업을 완료할 수 있습니다. 실습은 소량의 반복만으로 충분한 모양 찾기 계산 정확도를 얻을 수 있다는 것을 증명했다.
둘. 개선된 역반복법
위에서 설명한 역반복법은 끝에서 케이블 세그먼트를 끊고, 지붕 선반 상하현의 수평 구속조건을 풀고, 케이블 세그먼트의 사전 당기기의 수평 구성요소를 외부 힘의 반대 방향으로 지붕 선반 상하현에 작용한 다음 점진적으로 역반복 계산을 수행하는 것입니다. 이 방법은 0 상태의 형상 매개변수와 초기 사전 응력 분포를 계산할 수 있지만 이를 기준으로 하중 상태 분석을 계속하기는 어렵습니다. 삭삭후의 구조가 이미 정적 구조로 전환되었기 때문에, 이러한 정적 구조에 대한 하중 분석은 원래 구조의 역학 특성을 반영하지 않는 것이 분명하다. 특히 하현의 내부 힘은 하중의 변화에 따라 더 이상 변하지 않을 것이며, 이미 원래의 역할을 잃었다.
개선된 역반복법은 케이블 세그먼트를 강제로 하는 것이 아니라 케이블 세그먼트에 초기 변형을 적용하여 케이블 세그먼트 변형 조정 후 내부 힘이 미리 결정된 값과 같도록 합니다. 이러한 변화를 통해 외부 부하에서 연구 문제를 계속 분석할 수 있습니다. 이를 통해 이전 연구에서 사전 응력 스트링 구조의 기계적 성능을 고려하지 않은 결함을 보완할 수 있습니다.
구체적인 반복 프로세스는 다음과 같습니다.
그림에 제공된 구조의 초기 상태 좌표가 {XYZ}, k 번째 반복 이후 얻은 0 상태 형상 좌표는 {XYZ}, 초기 상태 좌표는 {XYZ}, 변위는 {U} 라고 가정합니다.
(1) 먼저 현재 형상이 0 상태라고 가정합니다. 즉, {XYZ} = {XYZ} 를 설정합니다.
(2) 일부 케이블 세그먼트에 초기 변형 (예상) 을 추가하여 형상 {XYZ} 구조의 변위 {U}, k = 1 을 계산합니다.
(3) {XYZ} = {XYZ} {u} 를 계산하여 △ = {XYZ} 하나 {XYZ} 로 만듭니다.
(4) △ 주어진 정확도를 충족하는지 여부를 판단하십시오. 그렇다면, {XYZ} 는 0 상태 기하학적 좌표입니다. 그렇지 않은 경우 {XYZ} = {XYZ }△, 두 번째 단계로 k = K 1 을 설정합니다.
(5) 위 단계에서 0 상태의 형상 매개변수를 얻은 후 케이블 세그먼트의 초기 변형 값을 제공합니다. 균형 잡힌 상태는 초기 사전 응력 분포입니다. 이때 케이블 세그먼트의 내부 힘 값이 미리 결정된 값인지 확인하고 그렇지 않은 경우 단계 (2) 부터 조정하고 초기 변형 값을 다시 계산해야 합니다.
단일 스트링 빔의 구조 성능에 영향을 미치는 요인 분석
3. 1 단일 스트링 구조의 성능에 영향을 미치는 연구 현황
문헌 [4] 장대 수, 수직 스팬 비율, 높은 스팬 비율, 빔 단면 특성 및 현 사전 응력이 단일 스트링 구조의 정적 성능에 미치는 영향을 분석하여 다음과 같은 결론을 내렸습니다.
(1), 장대 수: 장대를 통해 아치와 현을 연결하는 스트링 구조는 힘이 합리적입니다. 그러나 장대 수의 증가는 구조의 역학 성능을 향상시키지 못한다. 문헌 [4] 22.4m 스팬의 단일 소파 스트링 구조를 예로 들자면, 장대 수가 3 개를 넘으면 역학 성능이 향상되는 효과가 더 이상 나타나지 않기 때문에 장대 수가 3 개에 유리하다고 생각한다.
(2) 수직 스팬 비율 또는 높은 스팬 비율의 영향: 수직 스팬 비율은 하현재의 수직과 구조 스팬 사이의 비율 /L 이고, 높은 스팬 비율은 상현재의 빔 상승과 구조 스팬 사이의 비율입니다. 수직 스팬 비율 또는 높은 스팬 비율이 증가하면 빔의 굽힘 모멘트, 축 힘 및 케이블의 최대 응력과 같은 기타 내부 힘이 줄어들고 구조의 변형도 감소하지만 반 스팬 하중의 변형 폭은 전체 스팬 하중 아래의 변형 범위보다 작습니다. 따라서 수직 스팬 비율이 특정 값에 도달하면 변위 응답의 불리한 하중이 전체 스팬 하중에서 반 스팬 하중으로 변경됩니다.
(3) 상현 빔 관성 모멘트의 영향: 상현 빔 관성 모멘트가 증가함에 따라 전체 스팬 하중의 변형은 거의 변하지 않지만, 반 스팬 하중의 변형은 현저하게 줄어들고, 전체 스팬 하중 하에서 최대 양수 응력과 반 스팬 하중 하에서 빔의 양수 응력도 감소하므로 빔 관성 모멘트를 늘리면 반 스팬 하중 하에서 강성 및 구조 역학 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
(4) 빔 단면 영역의 영향: 빔 단면 영역이 증가함에 따라 빔의 수직 응력이 줄어드는 것 외에 다른 내부 힘 및 변형은 거의 변하지 않으므로 빔 단면 영역을 늘리는 것은 역학 성능에 크게 개선되지 않습니다.
(5) 하현케이블 사전 응력의 영향: 하현케이블 사전 응력이 커짐에 따라 변형이 크게 줄어들고 아치의 양수 응력이 감소하는 경향이 있지만 뚜렷하지는 않으므로 현케이블 사전 응력은 주로 변형을 줄이는 데 도움이 됩니다.
(6) 하코드 면적의 영향: 하코드 면적이 증가함에 따라 케이블의 변형과 내부 힘이 현저히 줄어들고 빔의 수직 응력이 감소하는 경향이 있지만 폭이 크지 않으므로 단순히 현의 면적을 늘리면 강성이 향상되지만 현의 재질 강도를 충분히 활용할 수는 없습니다.
(7) 빔 단면 유형의 영향: I 형 빔 단면은 기계적 관점에서 강관 단면보다 경제적입니다.
(8) 건물이 허용하는 조건 하에서, 장현보 구조의 크기는 가능한 커야 한다. 높은 스팬 비율의 값은 외부 풍하중의 영향을 고려해야합니다. 적절한 빔 크기와 코드 영역을 선택하여 빔의 최대 양수 응력과 현의 최대 응력이 재질 한계 상태에 동시에 도달하도록 하고 현에 일정한 사전 응력을 적용하여 강성을 높입니다.
문헌 [5] 단일 스트링 구조 매개변수 분석을 바탕으로 문헌 [16] 의 내용 대부분이 단일 스트링 구조의 정적 성능을 정확하게 반영한다고 생각하지만 일부 데이터가 반영한 추세가 불합리해 새로운 인식과 결론을 제시했다.
(1), 수직 스팬 비율 또는 높은 스팬 비율의 영향: 문서 [5] 는 수직 스팬 비율 또는 높은 스팬 비율이 증가함에 따라 빔 단면의 굽힘 모멘트가 감소하지 않고 크게 증가하므로 수직 스팬 비율 및 높은 스팬 비율이 무한히 증가해서는 안된다고 생각합니다.
(2) 현 사전 응력의 영향: 문헌 [4] 은 하현재 사전 응력이 증가함에 따라 변형이 현저하게 감소한 반면, 문헌 [5] 의 계산 분석에 따르면 사전 응력 증가가 구조 변형에 미치는 영향은 거의 무시할 수 있으며, 심지어 경미하기도 합니다. 사전 응력이 스트링 구조의 내부 힘에 미치는 영향에 대해 문헌 [5] 은 사전 응력이 증가하면 구조의 모든 내부 힘 항목, 특히 상단 빔의 주요 내부 힘 굽힘 모멘트가 그에 따라 증가할 수 있다고 생각합니다.
3.2 단일 빔 스트링 구조의 다양한 요인에 대한 영향 분석에 대한 새로운 이해
위의 문헌 분석을 위해 수직 스팬 비율+높이 스팬 비율, 스트러트 배치 (예: 경사 배치 및 수직 경사 배치), 스트러트와 케이블의 접촉 분석 등 몇 가지 영향 요인이 있다고 생각합니다.
시간 때문에, 나는 아직 일정한 분석을 하지 않았다.
4. 결론 및 전망
이 글은 스트링 구조의 힘 기계와 분류에 대해 설명하고 시공 중 모양을 찾는 방법을 소개했다. 현재 문헌에서 스트링 구조의 영향 요인과 고려해야 할 몇 가지 요소도 소개했다.
현재 연구에서, 우리는 또한 몇 가지 문제를 고려해야 한다.
(1), 케이블 셀의 수치 모델입니다. 로드 셀을 사용하면 낮은 응력 수준에서 케이블의 상태를 정확하게 설명할 수 없으므로 수치 분석을 위해 적절한 케이블 셀을 선택하는 것이 좋습니다.
(2) 비선형 유한 요소의 수렴 속도는 더 깊이 연구되어야한다. 구조 계산에서 비선형 유한 요소 계산이 수렴하지 않는 문제가 자주 발생합니다.
(3) 장 경간 스트링 구조의 풍진, 구조적 진동 특성 및 진동 제어는 풍계와 풍속의 시뮬레이션, 임의 진동 및 결합 문제를 포함하여 시급히 연구해야 한다.
(4) 이 기사에서는 주로 단일 평면 빔 스트링 구조에 대해 설명합니다. 또한 공간 양방향, 다방향 스트링 구조 및 방사형 스트링 구조와 같은 공간 스트링 구조의 기계적 성능에는 추가 분석 및 연구가 필요합니다.
(5) 현재 분석은 선 탄성 재료 아래의 기하학적 비선형 분석을 바탕으로 한 것으로 강진 등 하중 하의 탄성 플라스틱 분석은 더 연구해야 한다.
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