拱形波紋鋼屋蓋內拉增強受力

大家都知道新疆的血壓比較大，有一次我們接到鋼構在新疆做牛棚的拱形屋頂的時候，甲方要求我們想一個辦法增強拱形屋頂的承載力。

經過杰達鋼構技術人員的學習與探索，我們想通過鋼絲繩內拉式的方法來增強拱形公告外結構的承載力。

下面就是拱形波紋鋼屋蓋內拉增強方法的研究 。

拱形波紋鋼屋蓋（Arched Corrugated SteelRoof)簡稱波紋拱，是一種典型的冷彎薄壁空間鋼結構，具有自重輕，室內空間大，造型優美，施工周期短，防水性能好，集受力、維護功能于一身等諸多優點。波紋拱拱形結構在國外已有一百多年的應用歷史。自上世紀90年代初引進到我國以來，這種結構體系已廣泛應用于廠房、倉庫、室內體育場館、飛機庫等中小跨度結構中，且應用領域不斷拓展，建筑面積連續增長。拱形波紋鋼屋蓋在得到廣泛應用的同時，也暴露出的致命弱點：

（1）結構剛度低，在較大荷載作用下產生的位移可能超出容許范圍，影響美觀和使用；

（2）結構承載力不高，在大雪或大風荷載作用時易發生整體失穩；

（3）結構適用跨度不大，《拱形波紋鋼屋蓋結構技術規程》（CECS167：2004）中規定，這種結構形式的適用跨度為30m以內。

近十幾年來，有關波紋拱的研究主要集中在三個方面：計算方法的簡化；結構靜載作用下的承載能力；結構的動力特性[l-1]。有關波紋拱增強方法方面的文章十分有限。文獻[11]針對拱形波紋鋼屋蓋變形和破壞模態提出了一種提高承載能力和剛度的增強方法，且方法簡單，在全跨荷載作用下效果明顯。文獻[12]則在波紋拱內側加環向預應力鋼筋，以提高結構的剛度和承載能力。在我國目前有若干種拱形波紋鋼屋蓋的截面形式，且其適用范圍也各不相同。但應用很為廣泛的截面形式為MMR-238，如圖1所示。

本文針對拱形波紋鋼屋蓋的弱點，以MMR-238截面為研究對象，提出一種內拉式增強方案，并采用軟件包Abaqus6.4建立了增強結構的有限元模型，分析了若干典型波紋拱在增強前后的極限承載力及剛度，并進行比較分析，說明內拉式增強方法效果明顯。

一、拱形波紋鋼屋蓋內拉式增強方案

圖2為本文所提內拉式增強方法的示意圖，即在波紋拱內側加設拉索，并在距支座1/5L且高度為矢高的1/4處輻射出兩根拉索連接于相隔一個波紋單拱的上翼緣，與上翼緣連接的位置為波紋拱跨度的1/6處，并在拉索中部用花籃螺栓施加預緊力，其空間整體結構示意圖如圖3所示。

由于施加預緊力后的拉索能承受較大的拉力，在全跨荷載作用時，有效限制了波紋拱兩端由于負彎矩而產生的向上拱起的撓曲變形，而在半跨荷載作用時，拉索在加載半跨區對波紋拱下陷有一定的抑制作用，而在非加載半跨區域，有效地阻止了波紋拱向上的撓曲變形。因此，此種增強方案無論是在全跨或是半跨荷載作用下，均能改善結構的整體受力性能，有效地提高了結構的整體剛度和承載能力。