拱形波纹钢屋盖内拉增强受力

大家都知道新疆的血压比较大，有一次我们接到钢构在新疆做牛棚的拱形屋顶的时候，甲方要求我们想一个办法增强拱形屋顶的承载力。

经过杰达钢构技术人员的学习与探索，我们想通过钢丝绳内拉式的方法来增强拱形公告外结构的承载力。

下面就是拱形波纹钢屋盖内拉增强方法的研究 。

拱形波纹钢屋盖（Arched Corrugated SteelRoof)简称波纹拱，是一种典型的冷弯薄壁空间钢结构，具有自重轻，室内空间大，造型优美，施工周期短，防水性能好，集受力、维护功能于一身等诸多优点。波纹拱拱形结构在国外已有一百多年的应用历史。自上世纪90年代初引进到我国以来，这种结构体系已广泛应用于厂房、仓库、室内体育场馆、飞机库等中小跨度结构中，且应用领域不断拓展，建筑面积连续增长。拱形波纹钢屋盖在得到广泛应用的同时，也暴露出的致命弱点：

（1）结构刚度低，在较大荷载作用下产生的位移可能超出容许范围，影响美观和使用；

（2）结构承载力不高，在大雪或大风荷载作用时易发生整体失稳；

（3）结构适用跨度不大，《拱形波纹钢屋盖结构技术规程》（CECS167：2004）中规定，这种结构形式的适用跨度为30m以内。

近十几年来，有关波纹拱的研究主要集中在三个方面：计算方法的简化；结构静载作用下的承载能力；结构的动力特性[l-1]。有关波纹拱增强方法方面的文章十分有限。文献[11]针对拱形波纹钢屋盖变形和破坏模态提出了一种提高承载能力和刚度的增强方法，且方法简单，在全跨荷载作用下效果明显。文献[12]则在波纹拱内侧加环向预应力钢筋，以提高结构的刚度和承载能力。在我国目前有若干种拱形波纹钢屋盖的截面形式，且其适用范围也各不相同。但应用很为广泛的截面形式为MMR-238，如图1所示。

本文针对拱形波纹钢屋盖的弱点，以MMR-238截面为研究对象，提出一种内拉式增强方案，并采用软件包Abaqus6.4建立了增强结构的有限元模型，分析了若干典型波纹拱在增强前后的极限承载力及刚度，并进行比较分析，说明内拉式增强方法效果明显。

一、拱形波纹钢屋盖内拉式增强方案

图2为本文所提内拉式增强方法的示意图，即在波纹拱内侧加设拉索，并在距支座1/5L且高度为矢高的1/4处辐射出两根拉索连接于相隔一个波纹单拱的上翼缘，与上翼缘连接的位置为波纹拱跨度的1/6处，并在拉索中部用花篮螺栓施加预紧力，其空间整体结构示意图如图3所示。

由于施加预紧力后的拉索能承受较大的拉力，在全跨荷载作用时，有效限制了波纹拱两端由于负弯矩而产生的向上拱起的挠曲变形，而在半跨荷载作用时，拉索在加载半跨区对波纹拱下陷有一定的抑制作用，而在非加载半跨区域，有效地阻止了波纹拱向上的挠曲变形。因此，此种增强方案无论是在全跨或是半跨荷载作用下，均能改善结构的整体受力性能，有效地提高了结构的整体刚度和承载能力。