广州国际会展中心张弦桁架竖向刚度性能

第31卷第11期2003年11月Vol. 31 No. 11N ovember 2003华南理工大学学报(自然科学版)Jour nal of Sout h Chi na U nive rsit y of Tech no logy(Natural Scie nee Editi on )文章编号：10002565X (2003) 1120033204广州国际会展中心张弦桁架竖向刚度性能孙文波1杨叔庸1陈荣毅2(1.华南理工大学 建筑设计研究院广东广州5106402.广州地区建设工程质量安全监督站广东 广州510030)1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第31卷第11期2003年11月Vol. 31 No. 11N ovember 20031995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第31卷第11期2003年11月Vol. 31 No. 11N ovember 2003摘 要：介绍了张弦圆管桁架结构在广州国际会展中心工程中的应用，对圆钢管冷弯成型后钢材性能的变化进行了试验研究.通过对36组试件的拉伸试验结果进行的统计，得出了可直接应用于设计的考虑圆钢管钢材冷弯效应的拟合公式，并采用该拟合公式对张弦圆管桁架结构的竖向刚度性能进行了研究.计算和实测的结果具有良好的吻合程度，均表明了冷弯加工后圆钢管弦杆的刚度有了较大的衰退，从而导致了结构整体刚度的衰退.关键词：张弦桁架结构；刚度；冷弯钢管中图分类号：TU 393.3文献标识码：A1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第31卷第11期2003年11月Vol. 31 No. 11N ovember 20031995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第31卷第11期2003年11月Vol. 31 No. 11N ovember 2003Fig. 1图2张弦桁架计算简图Fig. 2 Calculating diagram of t russ2st ring st ructure张弦梁(桁架)结构由拱形梁(桁架)、弦及撑杆组 合而成,为平面承力结构，它发挥了钢索抗拉强度高 和拱形结构抗压性能良好的特点，受力合理，适用于很大跨度的结构1.广州国际会展中心位于广州市海珠区琶洲岛，博览区占地面积38 X105 m2 ,北临珠江，西连华南快速 干线、南新港东路等交通主干道，是广州市21世纪的 标志性建筑.上部结构由钢筋混凝土框架和钢结构屋 盖两部分组成.主展览厅的竖向受力结构形式为张弦 圆管桁架结构，如图1所示，跨度为126.6 m,是目前 国内跨度最大的张弦桁架，一端为固定支座，另一端 为水平滑动支座，结构计算简图如图 2 所示.所有桁 架杆件均采用圆钢管，节点均为空间相贯节点，钢材 采用Q345B，其中圆管桁架的上下弦杆均为经过数控 冷弯机组弯制成形的圆钢管2.1冷弯钢管的概念性刚度试验简介针对广州国际会展中心采用的曲线形圆钢管桁 架结构，由华南理工大学建筑设计研究院和同济大收稿日期：2002212223作者简介：孙文波(1969 -),男,博士，高级工程师，主要从事大跨度钢结构的设计研究1学建筑工程系联合完成了关于冷弯圆钢管的弹性模 量的概念性刚度试验研究.试验材料为Q345B ,钢管型号为 219 mm X14 mm ,钢管冷弯的曲率半径分3组，分别为300 m , 200 m和100 m,如图3所示.同一种试验组合条件下的试件选取上部加工受 拉区和下部加工受压区的各3组试样，如图4 所示,共完成36组试样.1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第31卷第11期2003年11月Vol. 31 No. 11N ovember 20031995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.34华南理工大学学报(自然科学版)第31卷*)出|用为刿川E的阶仃bi inim 的珥杆k) INI T-m的疔Fl图3不同半径冷弯曲杆示意图Fig. 3 Schematic diagram of cold2bended chords wit hdiff erent radius图4取样部位示意图EG) = Eo?(1 - -)?3(2)y式中：E0为试件的初始弹性模量，可取1.90 X105N/ mm2; 为试件拟弹性阶段的应变；y为试件屈服点对应的应变值.对有试验资料的钢材可以按试 验值选取，对无试验资料的钢材可按规范取0.002;b()为试件对应于应变时的应力值I j为试件屈 服点强度值；B为试件的弹性模量在拟弹性阶段的 总降低系数，通过36组试样的统计可取为 0.30.2考虑冷弯效应的圆钢管刚度分析根据材料力学的基本原理，一般的计算原则可表达为如下3点：(1)材料为理想的弹性体 ；(2) 平截面假定；(3)小变形假定.假定圆钢管横截面内的轴向弹性模量按一定的规律分布且固定不变，圆钢管横截面半径为r，壁厚为t，中性轴处的初始弹性模量为E,边缘处的初始弹性模量为aE,如图6所示.1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.34华南理工大学学报(自然科学版)第31卷Fig. 4 Schematic diagram of sampling position根据金属拉伸试验试样(GB6397 86)和金 属拉伸试验方法(GB228 -87)的规定对试件进行 的拉伸试验表明，试件在拉伸过程中弹性模量始终 在不断地下降.在接近屈服强度时，其割线弹性模量 平均值降至仅1.00 X1051.29 X105 n/ mm2,只有 弹性模量初始平均值的50 %左右.不同的取样部位对弹性模量的影响规律不甚明显.典型的应力-应图5典型应力-应变关系拟合曲线Fig. 5 Typical fitting curve of stress2st rain该应力-应变关系曲线可以拟合为二次多项 式,并表达为1/6()=-肓？+ Eo?(1)2y对式(1)中的&进行一次微分，可以得出弹性模量在 拟弹性阶段的变化规律,表达为ii1图6环形截面弹性模量E分布图Fig. 6 Dist ribution diagram of E on annular section当正截面受弯时，即构件受纯弯矩 Mz的作用， 根据平截面假定，截面的应变分布情况如图 7 所示, 那么，相应的应力分布为(r(y) = E(y)?(y).考虑 到圆钢管截面的特性，将E(y) ,(y)表示成与B有 关的极坐标形式，即为(9) = 0?f = 0?si nB(3)rE(9) = (a - 1) y + r? e= (a - 1)si n9 +1?Er(4)则b (9) = (a - 1)sin9 + 1? E?sin9 =E?s0? (a - 1)si n29 + si n9 (5)则nM = 2?(9) ? r?d9?t?y =E?&0?r2?t?3 (a - 1) +n 3(6)1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.34华南理工大学学报(自然科学版)第31卷1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.36华南理工大学学报（自然科学版）第31卷1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.36华南理工大学学报（自然科学版）第31卷当正截面受轴心力 N的作用，根据平截面假定，截 面的应变分布情况如图 8所示,那么b(B) = E(B)?O= (a - 1)sinB + 1? E?0 (7) 则nN = 2?1(B) ?r?dB?t =图7受弯时的应变分布示意图图8受轴力时的应变分布示意图Fig. 8 Diagram of strain dist ribution wit h axial forceFig. 7 Diagram of st rain dist ribution wit h moment3工程应用考虑到实际工程的情况，本文对张弦圆管桁架 的张拉阶段进行了有限元分析.试验结果和式(1)、 (2)所表达的均为加工拉压边缘钢材弹性模量的变 化情况，圆钢管截面中性轴处由于未经伸长或压缩，其弹性模量从理论上讲仍应维持标准的钢材弹性模 量不变.由于二者之间部分的加工变形是渐变的，故前文所述的弹性模量直线分布型假定在相当程度上 被认为是可行的.同样地，弹性模量的变化随着受力 的变化表现出一定的非线性，整个张弦圆管桁架的 张拉过程亦表现出了相当程度的非线性特征.本文的计算采用STRA ND7.0通用有限元分程序，计算 中不考虑结构非线性的因素，材料非线性因素对 a的影响采用人工迭代的方法计算.计算表明，经过23次的迭代，a值误差很快就能收敛到3 %以内，可满足工程要求.表1为某一榀桁架预应力张拉实 测结果与计算结果对照表.表1单榀桁架预应力张拉实测结果与计算结果对照表Table 1 Comp arison of monit oring tensile results wit h cal 2考虑到薄壁钢管的横截面仍有半径r和壁厚t两个参数,所以可以利用联立方程求出等效的薄壁钢管横截面参数r和t,而该等效截面的弹性模量culatingresults of simplet russ数据咼端低端观测点1观测点2观测点3桁架水平张拉力张拉力起拱位移起拱位移起拱位移缩短量来源/kN/ kN/ mm/ mm/ mm/ mm实测值1 6671 680213272221115均匀弹性 模量计算值1 6971 68012114410962实测弹性 模量计算值1 6971 68020825719597仍为均匀的E值.具体过程如下由表中可知，文中所述的计算方法与实测结果 具有良好的吻合程度.对广州国际会展中心张弦桁r1 2?t?(a - 1) +n = r?t?冗2?r?t?2(a- 1) +n =2?r?t?n 可得：(9)3 (a - 1) +n =r?2(a - 1) +n=t? ?(a -3 (a -21) +n1) + n ?7t(10)架结构张拉过程进行的分析表明，与理想状态下具有均匀的标准弹性模量计算结果相比，计算和实测的结果均表明冷弯加工后的弦杆刚度有了较大的衰 退，从而导致了结构整体刚度的衰退.而大跨度钢结构的设计有可能是由结构的刚度所控制的，因而在其它类似工程的设计和施工过程中必须对此类现象 加以注意.参考文献1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.36华南理工大学学报（自然科学版）第31卷求出r和t之后即可导入已有的通用程序进行结构的整体分析Stiff n ess Perfor ma nee of Truss 2St ri ng Struct ure of Guan gzhouInternational Convention and Exhibition Center1 12Sun Wen2boYang Shu2yongChen Rong2yi(1 . A rchitecture Design and Research Institute , Sout h China U niv. of Tech. , Guangzhou 510640, China ;2. Construction Engineering Quality and Safety Supervision Station of Guangzhou , Guangzhou 510030 , China)Abst ract : The application of pip e2truss stri ng struct ure in Guangzhou inte rnational cove ntion and exhibi 2 tion cente r was i ntroduced, and t he cha n ge of mec hanical p rop erties of cold or heat2bent steel pip es was st udie d. A series of exp eri me nts f or bent steel pip es a nd their mec ha ni cal prop erties we re con ducte d. Through the testi ng results of 36 sets of speci me ns, a fitti ng f or mula was prese nted ,by w hic h was applie d to in vestigate the vertical stiff n ess of t his kind of struct ure. The calculate d value of the su ggeste d met hod is in agree me nt wit h the results of exp eri me nts, w hic h in dicates t he stiff n ess degra dati on of cold 2be nt steel pip es. As a result , the overall stiff ness of this ki nd of struct ure is also de gra ded.Key words : truss2stri ng struct ure ; stiff ness; cold 2bent pip e(上接第32页)7 L aemmli U K. Cleavage of st ructural proteins duringture ,1970,227 ：680 - 685.t he assembly of t he head of bacteriop hage T4 J . Na 2Effects of Ult rasonificationon Protein Ext raction of Def attedSoy Fla kes and Functionalityof SPIYang Xiao 2qua nXiong JianChen Zhong Zhu Jia n2hua(College of Food &Bioengineering , South China Univ. of Tech. , Guangzhou 510640 , China )Abst ract : The ult ras onic ext racti on of soy p rotei n from def atte d soy fla kes and t he eff ects of ult ras onic treat me nt on the functionalit y of soy protei n isolates (SPI) we re st udie d. The results show t hat the ult ra2 sonic treat me nt could obviousl y in crease t he ext racti on of p rotei n from diff erent den at ured def atte d soy f la kes. The p rotei n ext racti on of def atte d so y f la kes a nd w hite fla kes wit h ult ras onic treat me nt at 300 W and 12 k Hz f or 8 min we re 73. 43 % a nd 90. 28 % resp ectively , but on l y 49.58% and 66. 54 % wit h conven ti onal stirri ng ext racti on at 45 C f or 1 h. SDS2PAGE and GPC an al yses s how t hat ult ras onic treat me nt mai nl y aff ects the 7S comp one nts of soy p rotei n. The ult ras onic treat me nt can also i m p rove the fun cti on alit y of soy protei n isolates (SPI) obviousl y. The emulsif yi ng prop ert y of SPI in crease d w hile the viscosit y decrease d wit h ult rasonic t reat ment.Key words : ult ras onif icati on ; soy p rotei n; ext racti on ; fun cti on alit y1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.36华南理工大学学报（自然科学版）第31卷1刘锡良，白正仙.张弦梁结构受力性能的分析J .钢结构,1998 , 13(4) :4- 8.2孙文波.广州国际会展中心大跨度张弦梁的设计探讨J .建筑结构,2002 ,32 (2) :54 - 5611995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.