第7期 牟在根等：立体拱架结构性能的试验研究 ·987· 站房由十榀立体拱架组成，立体拱架是在单拱的 盖结构体系在各种不同荷载组合作用下，分别由 基础上，在上弦横梁和拱之间添加交叉索，使之 拱与结构两端的V形支撑杆件将荷载传至下部 相当于结构的主梁.相比于拱单独受力，立体拱 结构.该结构体系造型新颖美观，在安全的前提 架的受力弯矩明显减小，因此有效增加了结构刚 下，充分体现了建筑师的设计意图.为使所选取 度，减少了弯矩效应.每榀立体拱架由一榀拱、两 的模型能够较好地反映出立体拱架结构的受力 根横梁、六对V形撑、16根交叉索及两根横梁间 特点，又具有试验研究的可行性，本文选取了青 的纵向檩条组成回.立体拱架（有索模型）和单 岛北站主站房结构的中间三榀按1：20的比例进 拱（无索模型）结构示意图如图1所示.整个屋 行了缩小. 抗风索 横梁 屋脊纵梁 V形撑 承重索 交叉索 (a) 图1两种拱架结构示意图.()立体拱架（有索模型）三维图：(b)单拱（无索模型）三维图 Fig.I Layout of the two arches:(a)3D figure of a three-dimensional arch (model with draglines):(b)3D figure of single arch (model without dragline) 大型空间结构试验模型的确定和设计，实际上 理日：索的预应力通过花篮螺栓来模拟 是对原型结构设计的一次再分析，使试验模型能在 表1模型各构件截面 各主要方面比较准确地反映原型结构的工作性能. Table 1 Cross section of each model component 试验模型一般要满足几何相似、物理相似和物理过 构件 截面尺寸/mm 程相似的原则同.结构原型钢结构为Q345钢材，模 中拱 50×30×2.0 型用的钢材为Q235.本试验中，主要模拟关系 边拱 60×30×3.0 中横梁 60×30×3.0 如下： 边横粱 90×50×3.0 235 C1= 20c。= 345=0.681, 屋脊 d89×2.0 纵梁 30×15×1.5 V撑1 430×2.0 V撑2 d40×2.0 式中，cc。和cg分别代表长度、应力和弹性模量的 V撑3 d51×2.0 相似比，而下角标m和P分别表示模型和原型. 端板 3000×800×20 由以上模拟关系可以推导出试验模型与结构原 又撑 8 拉索 4 型的几何特性、材料特性及荷载相似关系.由于结 构原型中拱、横梁及屋脊都采用了异型截面，且有的 截面壁厚较薄，考虑到试验实际情况及模型的制作 方便，在不影响结构静力特性的情况下按刚度等效 的原则对结构进行了一定程度的简化，并去掉了次 要构件，如檩条可.试验模型各构件所采用截面见 表1. 试验模型平面尺寸为3.3m×8.2m,拱间距为 1.1m,拱跨为4.52m.试验模型为完全对称结构. 图2试验模型 Fig.2 Test model 试验模型（见图2）的制作以焊接为主，由于模型构 件中有较多较薄的箱型截面，为了保证试验模型的 2模型试验过程 精确性，对焊接工艺有一定的要求；为了防止在加载 过程中节点过早的破坏，对节点处进行了加强处 本次试验采用节点加载的方式（见图3）.通第 7 期 牟在根等: 立体拱架结构性能的试验研究 站房由十榀立体拱架组成，立体拱架是在单拱的 基础上，在上弦横梁和拱之间添加交叉索，使之 相当于结构的主梁． 相比于拱单独受力，立体拱 架的受力弯矩明显减小，因此有效增加了结构刚 度，减少了弯矩效应． 每榀立体拱架由一榀拱、两 根横梁、六对 V 形撑、16 根交叉索及两根横梁间 的纵向檩条组成［2］． 立体拱架( 有 索 模 型) 和 单 拱( 无索模型) 结构示意图如图 1 所 示． 整 个 屋 盖结构体系在各种不同荷载组合作用下，分别由 拱与结构两端的 V 形支撑杆件将荷载传至下部 结构． 该结构体系造型新颖美观，在安全的前提 下，充分体现了建筑师的设计意图． 为使所选取 的模型能够较好地反映出立体拱架结构的受力 特点，又具有试验研究的可行性，本文选取了青 岛北站主站房结构的中间三榀按 1 ∶ 20 的比例进 行了缩小． 图 1 两种拱架结构示意图． ( a) 立体拱架( 有索模型) 三维图; ( b) 单拱( 无索模型) 三维图 Fig． 1 Layout of the two arches: ( a) 3D figure of a three-dimensional arch ( model with draglines) ; ( b) 3D figure of single arch ( model without dragline) 大型空间结构试验模型的确定和设计，实际上 是对原型结构设计的一次再分析，使试验模型能在 各主要方面比较准确地反映原型结构的工作性能． 试验模型一般要满足几何相似、物理相似和物理过 程相似的原则［3］． 结构原型钢结构为 Q345 钢材，模 型用 的 钢 材 为 Q235． 本 试 验 中，主 要 模 拟 关 系 如下: cl = lm lp = 1 20，cσ = σm σp = 235 345 = 0. 681， cE = Em Ep = 1． 式中，cl、cσ 和 cE 分别代表长度、应力和弹性模量的 相似比，而下角标 m 和 p 分别表示模型和原型． 由以上模拟关系可以推导出试验模型与结构原 型的几何特性、材料特性及荷载相似关系． 由于结 构原型中拱、横梁及屋脊都采用了异型截面，且有的 截面壁厚较薄，考虑到试验实际情况及模型的制作 方便，在不影响结构静力特性的情况下按刚度等效 的原则对结构进行了一定程度的简化，并去掉了次 要构件，如檩条［4］． 试验模型各构件所采用截面见 表 1． 试验模型平面尺寸为 3. 3 m × 8. 2 m，拱间距为 1. 1 m，拱跨为 4. 52 m． 试验模型为完全对称结构． 试验模型( 见图 2) 的制作以焊接为主，由于模型构 件中有较多较薄的箱型截面，为了保证试验模型的 精确性，对焊接工艺有一定的要求; 为了防止在加载 过程中节点过早的破坏，对节点处进行了加强处 理［5］; 索的预应力通过花篮螺栓来模拟． 表 1 模型各构件截面 Table 1 Cross section of each model component 构件 截面尺寸/mm 中拱 50 × 30 × 2. 0 边拱 60 × 30 × 3. 0 中横梁 60 × 30 × 3. 0 边横梁 90 × 50 × 3. 0 屋脊 89 × 2. 0 纵梁 30 × 15 × 1. 5 V 撑 1 30 × 2. 0 V 撑 2 40 × 2. 0 V 撑 3 51 × 2. 0 端板 3000 × 800 × 20 叉撑 8 拉索 4 图 2 试验模型 Fig． 2 Test model 2 模型试验过程 本次试验采用节点加载的方式［6］( 见图 3) ． 通 · 789 ·