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大跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系设计与受力分析

黄真锋,  程秋雨,  张素梅,  龚超,  侯兆新,  黄致兴

黄真锋, 程秋雨, 张素梅, 龚超, 侯兆新, 黄致兴. 大跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系设计与受力分析[J]. 钢结构(中英文), 2026, 41(10): 95-106. doi: 10.13206/j.gjgS26081145
引用本文: 黄真锋, 程秋雨, 张素梅, 龚超, 侯兆新, 黄致兴. 大跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系设计与受力分析[J]. 钢结构(中英文), 2026, 41(10): 95-106. doi: 10.13206/j.gjgS26081145
Huang Zhenfeng, Cheng Qiuyu, Zhang Sumei, Gong Chao, Hou Zhaoxin, Huang Zhixing. Design and Structural Behavior of Nested Long-Span Double Beam-String Steel Bracing System[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2026, 41(10): 95-106. doi: 10.13206/j.gjgS26081145
Citation: Huang Zhenfeng, Cheng Qiuyu, Zhang Sumei, Gong Chao, Hou Zhaoxin, Huang Zhixing. Design and Structural Behavior of Nested Long-Span Double Beam-String Steel Bracing System[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2026, 41(10): 95-106. doi: 10.13206/j.gjgS26081145

大跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系设计与受力分析

doi: 10.13206/j.gjgS26081145
基金项目: 

五矿科技创新发展基金项目(JHCX20220011)。

详细信息
    作者简介:

    黄真锋,博士研究生,讲师,主要从事钢结构及钢-混凝土组合结构研究工作。

    通讯作者:

    张素梅,博士,教授,主要从事钢结构及钢-混凝土组合结构研究工作,smzhang@hit.edu.cn。

Design and Structural Behavior of Nested Long-Span Double Beam-String Steel Bracing System

  • 摘要: 针对大尺寸基坑支撑间距增大导致边桁架支撑结构体系水平方向高度增加、坑边作业空间受限及构件通用性不足等问题,提出一种由内、外张弦单元组成,并以冠梁或围檩作为共用上弦压弯构件的嵌套式双张弦钢支撑结构体系。该体系采用内、外张弦单元分区支承,在保持撑杆长度及布置高度不变的条件下,通过调整水平拉杆长度实现支撑跨度可调,并便于构件的模块化与标准化设计。同时与相同36 m跨度的ZXL36型单张弦支撑结构体系相比,嵌套式双张弦钢支撑结构体系的最大矢高由9.113 m减至8.000 m,降低12.2%,撑杆及主动位移控制装置数量均由5个减至4个。基于此,建立了40 m跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系三维有限元模型,分析了预应力施加及等效土压力作用下体系的受力响应;研究了太阳辐射和整体温度变化对支撑体系受力的影响:对于承受25000 kN等效土压力的40 m跨度嵌套式双张弦钢支撑结构体系,预应力施加后,体系形成钢拉杆受拉、撑杆受压的初始拉-压受力状态,共用上弦构件跨中产生63.6 mm的向基坑外主动水平预变形;随着土压力的施加,共用上弦构件跨中位移增为67.1 mm,预应力形成的反向预变形抵消了大部分土压力位移,最终产生向基坑内的水平位移为3.5 mm;外张弦结构单元的斜拉杆、水平拉杆和压杆的轴力分别为14125,9987,-11066 kN,内张弦结构单元的斜拉杆、水平拉杆和压杆的轴力分别为7467,5618,-4947 kN,外张弦单元的总体轴力水平高于内张弦单元;各杆件中截面最大Mises应力为157~409 MPa,其中WXLG杆件达到409 MPa,为该工况下的强度控制杆件。相较于常温等效土压力工况,太阳辐射作用下内、外张弦单元主要杆件轴力绝对值分别降低10.2%~10.3%和约25.9%;相应主要杆件中截面最大Mises应力分别降低2.5%~10.1%和18.5%~27.1%;非均匀升温在撑杆截面形成了较明显的应力梯度,钢拉杆热伸长则引起了体系有效预应力损失,导致共用上弦构件跨中向基坑内的水平位移由3.5 mm增至76.5 mm,超过30 mm水平位移控制值;工程应用中应对支撑体系的水平位移和杆件预应力进行监测,并根据监测结果及时调整预应力,确保支撑体系的位移满足控制要求。整体降温15 ℃后,共用上弦构件跨中水平位移由向基坑内的3.5 mm转变为向基坑外1.8 mm;内、外张弦单元主要杆件轴力绝对值分别增加1.2%~1.3%和1.5%~1.6%,各杆件中截面最大Mises应力增加2.1%~3.7%,整体降温引起的杆件内力和应力变化均较小。
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  • 收稿日期:  2026-08-11

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