预应力钢结构技术讲座_1_预应力钢结构的发展_应用与特点

技术讲座 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf � �少�� 一 ��� � 年国内外主要大型预应力钢结构工程一览表 序号 建成年份 国家地区 工程名称 �� �� 比利时 布鲁塞尔机库 大门 跨度 �直径� � � � �� � � 结构体系特征 经济效益 �� ! 德国 蒙塔堡公路桥 � � � �� �� � � 印�� ���� 前苏联 ���� 布鲁塞尔博览 会苏联馆 布鲁塞尔博览 会交通馆 �� � 比利时 �� � � � ���� 卡尔斯罗艾市 比赛馆 叨 � �� �� 德国 中国 �� �� 太原钢厂焦化 厂枪煤栈桥 罗斯托夫顿河 公路桥 �� � 前苏联 ��� � ��叹� 美国 � �以〕 加州冬奥会溜 冰馆 芝加哥 国际机 场机库 � � � � 美国 �� � �臾刃 美国 纽约国际机场 候机楼 �� � � � �� � 前苏联 明斯克市某工 业厂房屋盖 �� � �� � 美国 纽约市某多层 停车场增 层楼 兰自�」�� 印 � �� � 前苏联 阿拉木图机场 机库 � � � �� � �� � 美国 西部州立大学 体育馆 � � �� � �� �� 前苏联 乌拉尔列夫琴 斯基热电站 主 �� � 两跨连续钢析架 , 廓内两组平行 节约钢材 ��� 钢丝束 � � 协�一 研施加预应力 , 降低造价 �� 夹具群锚头 � 跨连续实腹钢桥 , 沿桥全长受 节省钢材 �� � 拉冀缘布置曲线形拉索钢铰线 � � 礴�� 张拉 两边跨预应力吊索结构支承中跨 可拆移结构 拱析架形成平面 承重结构体系 预应力钢立柱籍预应 力拉索支 撵系与格构梭形 钢析架组成平 面承重结构体系 倒三角形截面梯形钢析架 , 下弦 杆槽钢截面内布置 � � 动�� 高强 筋施加预应力 , 跨中区段内交迭 成 � 根拉筋 一对平行弦析架廓外 双重 配索 节约钢材 �� 施加预应力 , 桥宽 �� � �, 高 �石� 降低造价 �� � 跨连续实腹钢梁几� � ��� � 节约钢材 �� � �� 在梁上弦负弯矩处以 的 形拉索 节约混凝土 �� !� 施加预应力 预应力实腹钢梁吊挂 体系 , 平面 已塌毁 承重结构 � 福预应力平面钢悬臂析架 , 在 节约钢材 ��� 支座上弦处布置 三组长度 不等 预应力高强筋 , 每组 � � 功�� � � 悬臂为 �� � � � 的 预应力 吊挂 平 面体系 , 环绕中央办公楼布置成 椭圆形平面候机楼 人字形平行弦平面钢彬架 , 支座 节约钢材 �� � 间直线布索 , 索平面内设有单轨 吊车梁 , 利用 田 形预应力拉杆 系 统可对屋架及 吊车梁施加 预应 力 扩建二层停车场 面积 时采 用预 节约 钢材 �� � 应力平行弦平面钢析架 , 析架高 �夕�� 沿下 弦布置预应力拉索以 降低内力峰值 双跨折线形上弦平面钢析架 , 在 节约钢材 �� � 由两个槽钢组成的下 弦杆内沿 全长布置 � 根 动� � �� 钢丝 束以 施加预应力 圆形屋顶 由 �� 福平面析架沿半 径方向倾斜 与 中央 内环竖筒相 连 , 析架支座与竖桶间水平相连 预应力索 , 每索张力 ��� 人字形平行弦平面彬架 , 廓外直 节约钢材 �� � 线布索 降低造价 巧 � 厂房 � � 钢结构 �卯� 年第 � 期第 �� 卷总第 �� 期 预应 力钢结构技术讲座 ��� 应力钢结构学科逐渐成熟并大大拓宽了研究 与应用领域 , 奠定 了学科 的发展基 础 � 一批 采用预应力技术的钢结构工程经过实践的考 验并在国际土建行业中得到了认同 。 �� 一 印年代中主要大型预应力钢结构 工程列表如下 �见表 �� � 从表 � 中可以看到 � �� 预应力钢结构工程都带来了不 同的 经济效益 � �� 预应力钢结构的结构体系在此 时期 仍然采用的是传统的平面结构体系 � �� 大多数采用的是廓内布索局部预应 力的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 , 因此可以断言预应力钢结构学科 发展的初期是在原有传统平面结构体系上的 改善和改 良 , 虽然带来 了经济效益但也增加 了一些新工艺产生的麻烦及附加钢材消耗 , 抵消了部分经济效益 。 � 预应力空间钢结构是当代建筑结构学科 中的最新成就 在对预应力基本杆件 、 平面结构体系及 构造 、 工艺进行了约 �� 年的理论研究和工程 实践后 , 在旧体系与新技术结合而带来的问 题 日益突出后 , 预应力 钢结构学科开始考虑 走出传统的平面结构体系 , 创建适应于新技 术条件的新结构体系并力争取得更广泛的应 用范围 。 二次世界大战后涌现出大量新型结 构体系并得到广泛应用 , 各种类型的薄壳、 摺板 、 悬索 、 网架 、 网壳和塑膜等空间结构在 世界各地陆续问世和兴建 , 经过 �� 余年的工 程实践各类空间结构都充分显示 了自己的优 缺点及适用范围 , 一些适应工业化生 产 , 能 预制装配和快速整体施工且经济耐用的结构 类型 、 在工程 中表现 了强大生命力 , 如在我 国近 � � 年内就兴建 了约 � �� 刃座平板网架 , 建筑面积有 ��� 多万 � � , 总重量 �� 万 � 钢 材 〔�� � 因此预应力技 术与空间结构 在发 展 过程中找到了共 同继续前进的结合点后 , �� 年代里陆续出现一批预应力空间钢结构 工 程 , 较有代表性 的如 ���� 年慕尼黑奥运会体 育建筑群 的预 应力索 网结构 , 总覆 盖面积 � � ��� 耐 , 仅 由 �� 根巨型钢柱和若干边柱撑 起偌大一个索网群 , 形成一个 由柔索和轴压 立柱组成的最佳受力体系 � 事隔十余年在 �� �� 年汉城奥运会上的击剑馆及体育馆 、 ��� 年 亚特兰大奥运会主赛馆上又创建了更新更合 理 的索撑弯顶 结构 , 也 就是 整体张拉体系 ��七挑�� �� �� � , 它由短小 的轴压撑杆与预应力 索系组成内平衡承重结构系统 , 屋盖 自重仅 有 �� � � �� �� ’� 这可以说是目前预应力空间钢 结构达到的最高成就 。在空间钢结构与预应力 技术的早期结合上有代表性的是前苏联伏尔 日斯 克市商 业 中心预应 力 平板 网架 , �� � � �� � 支承边距的条件下 , 沿斜对角线方 向 廓外布索通过两支撑点向网架施加预应力 , 这是在传统的空间结构上增添预应力拉索体 系的结构 。 两者既可联合 , 又可分离 , 属于预 应力空间钢结构 的第二类 ‘� , 。 后继兴 建 的 有 日本大学理工学 院体育馆的预应力空 间 析架 、 上海国际购物中心的楼层 预应力网架 结构等 。 另一类利用支座位移法兴建的预应力空 间钢结构的首例是 �� �� 年在阿拉木 图市建 造 的一座 �� � � �� � 的正交 平 板 网架屋 盖 , 在支承边跨度 � � � � �� � 的支座处分别 放人厚度不同的金属垫块使网架在受载前强 迫挠曲 , 预应力数值与垫块产生的预挠度有 关 。 因此省却了预应力拉索系统的麻烦 。 后 继兴建的有南斯拉夫斯浦利特体育场预应力 柱面形双层网壳看台天蓬和我国天津宁河体 育馆 �� � � � � � 的预应力平板网架 。 值得一 提 的是 ��� � 年莫斯科奥运会体育建筑群 中 兴建了多座预应力空间钢结构场馆 〔�, 。 其 中四座预应力金属悬膜屋盖结构 , 最大的双 向尺寸达 �� � � � ��� �, 另有两座预应力蒙 皮空间结构 , 长度达 � �� �� 是前苏联学者在 预应力钢结构领域研究成果的一次展示和工 �枉纪� �� 招�� 州自� � �卯� �� , �� �� �� , � � ! 技术讲座 程实践 。 预应力技术与空间钢结构的结合与 前期相 比不仅提高了经济效益而且走向整体 结构施加预应力的途径 , 对杆件和节点可达 巨大数量的空间结构来讲这无凝是条正确的 发展方 向 。 尤其电子计算机在 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 计算中的 应用对多次超静定空间结构中采用预应力技 术也起了促进作用 。 因此预应力空 间钢结构 的适时出现是科技进步的必然 , 是工业发展 的结果 。 �� 一 �� 年代世界各国在走 向繁荣 经济 建设时期 , 一些昔 日用于军事 目的科研成果 与产品开始转人民用 , 电子计算机的普及应 用丰富了整个人类生活与生产的 内涵 , 改变 了传统的思维与操作方式 。 建筑 界中首先提 出高技术 建筑物 �� �� � 一 ��� � �� �� � �� � 的 概念 , 一些人主张用最新的建筑材 料 , 例如 军事科研成果的高强度钢 、 铝合金 、 玻 璃纤 维 、 加强塑料和薄膜 、 特种玻 璃 和高新 技术 手段 , 如计算机系统 、 自控系统等来设 计制 造和安装体积轻 、 用料 省 、 能工业化 生产并 快捷装配施工 、 灵活布置的现代新 型房屋 和 建筑物 � �� 年代前后 , 美 、 加及欧洲建造 了大 量玻璃幕墙的钢结构高层 , 其中包括一批 以 高强钢拉杆代替传统受压立柱的悬式高层 , 如美国 ���� 年兴建的明尼苏达 州联邦储备 银行大楼是 �� 层的吊挂结构 , 整个建筑立面 采用了大面积的玻璃幕墙 , 随后 又建造 了一 批表现高新技术特点 的 “暴 露结 构 ” , 如法 国 蓬皮杜文化中心 ��� ��� , 英国伯 明翰国家工 程中心 ��� ��� 、 雷诺汽车公 司英 国服 务中心 ��� ��� 等建筑 � 由于这些建 筑的一些钢承重 构件违反传统地暴露于外 , 并涂 以五颜六 色 的保护漆料 , 在熠熠闪光的玻璃幕墙 或铝合 金的压型墙板及门窗 的衬托下 , 体现了技术 美的现代色彩 。 这类高技建筑的预应力吊挂 体系与承重结构组成新的预应力空间钢结构 体系 , 两者互相依托 、 不可分割 , 在外观上具 有杆件高耸林立 、 吊索纵横交错的特 色 � 在 结构上构件轻型化多样化并使跨度增大 � 在 施 工上 安装灵 活 、 快捷 、 无 须 大 型 起重 机 具 , 至 �� 年代已形成 � 类各有特点的预应力 空间钢结构 〔幻 。 虽然它们各有特色 , 但却具有 提高结构承载性能 、 节约钢材 、 降低成本 、 方 便施工的共同特点 。 在此时期内预应力钢结构的研究不断深 人 与扩大 , �� �� 年出版 纪念 � � � � � �朋朋 教 授诞辰 �� 周年的专著论 文集 中汇集了各国 学者在这方面的研究方 向 。 如预应力对金属 结构疲劳强度的影响 � 预应力对结构动力性 能的调整与影响 � 地震 区采用预应力金属结 构的经济性 � 预应力 � � 网壳屋盖的理 论和 试验研究 � 预加应力对薄壁金属柱面长壳稳 定性的影响 � 支座位移法 对整体结构产生的 经济效益等方面 。 �� 年代以后 , 在我国又首建 了几座多次 预应力钢网壳体育馆 , 这是多次预应力理 论 问世以来的第一次大型工程实践 。 四川攀枝 花体育馆和广东清远市体育馆的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 者们为 推动学科的发展作出了重要贡献 , 他们 的科 研成果分别获得四川省及贵州省的科技进步 一等奖 。 目前在 国内外已兴建的主要大型预应力 空间钢结构工程情况见表 �� 从表 � 所列情况可以看出 � ����� 年代以后的大型预应力钢结构几 乎全部采用了先进的空 间结构 , 其施加预应 力的方式已从局部布索型 向整体张拉 型过 渡 , 以便简化施工 , 提高效益 � �� 预应力钢结构中的整体张拉结构 已 在三届奥运会中采用 , 尤其汉城及亚特兰大 奥运会 中主赛馆 的结构体系合理 、 施工 快 捷 、 自重极轻 , 成 为当代建筑结构学科 中的 最高成就 , 受到国际建筑界的瞩目与重视 � �� 近年来我国预应力空 间钢结构发展 迅速 , 尤其是多次预应力 钢结构理论首次在 攀枝花馆及清远馆的实践说明我国在建筑结 钢结构 �卯� 年第 � 期第 �� 卷总第 �� 期 预应力钢结构技术讲座 ��� 表 � �盯� 一 �男� 年国内外主要大型预应力钢结构工程一览表 序号 建成年份 国家地区 工程名称 跨度 �直径� 结构体系特征 经济效益 ��几 德国 慕尼黑奥运会 体育建筑群 ��� � 澳大利亚 悉 尼电视塔 � � ��� � ��� � 前苏联 阿拉木图市某 �� � � �� � 建筑屋 盖 ��� � 中国 本溪钢厂焦化 厂拾煤栈桥 伏尔 日斯克市 商业中心屋盖 �� � 夜盖�� �加 时的预应力索网建筑 群由 �� 根 巨型立柱及若千边柱与 柔索网系组成 直 径 �� � 的中央竖筒由槽钢组 成 , �� 根 举�� 及 动� �� 两组钢索呈 双曲抛物 面形进行 预 张拉 与 竖 内筒形成整体 �� � � �� � 周边支柱支承平板网 架 , 在每一 柱头垫人不 同高度金 属垫块产生网架预应力 平行弦平 面析架桥 , 廓外布索张 拉 平板 网架支承 于 周边柱 �印 � � 印润上 , 对角线廓外布索 , 预应力 索呈折线形 将双层柱面钢 网壳的支座与看台 圈梁强迫就位以产生预应力 地面 �� 层的悬臂析架式楼层吊 挂 体系将全部荷载传至 � 根 巨型 组合柱后 , 再传至基础 � 楼层中传 统立柱由预应力拉杆取代 其中 � 座预应力悬膜结构 , � 座预 应力块体蒙皮结构 , 均为 预应力 空间体系 �块平板网架通过周边 � 根立柱 吊挂成室内无阻挡空 间 节约钢材 � � 一 �� 节约钢材 �� � �� �� 前苏联 �� � � � � � 网架高度降为 � � ��为 南斯拉夫 斯浦利特体育 场看台天蓬 香港汇丰银行 新楼 加�� � �� � �� �� 中国 � � ��� � � � 体系新颖 � 但造价昂 贵 ��朋 前苏联 莫斯科奥运会 体育建筑群 ��即 英国 伯明翰国家工 程中心展厅 屋盖 慕 尼黑奥林匹 克公园滑冰馆 天津宁河体育 馆屋盖 日本大学理工 学院体育馆 宁夏大武 口电 站拾煤栈桥 四川渡 口市洗选 煤厂输煤栈桥 利雅德国际体 育场天蓬 ��� , � �� �, �以� � �� � 跨长 �以 � 三角截面钢拱以拉索 吊挂 H P 悬索屋面 42 m x 42 m 支座位移法引人预应力的平板 网 架 58 m 立体钢析架 , 廓外布索施加 预应 力 印 m 平行弦平 面钢析架 , 廓外布索双 系统施加预应力 2 m x 44 .5 m 双跨简支平面平行弦钢析架 , 廓 外布索 , 多次预应力张拉 188 .7 m x l28 m 24 座整体张拉帐蓬用 24 根 59 m 高钢柱吊起组成外径 288 m 的看 台天蓬.用 预应力钢索内环将 24 座帐蓬连成整体 67. 4 m 预应力双层错位悬索结构 H = 117 m 楼上塔 , 塔由 10 m 直径内筒及周 边 H P 面预应力钢索网组成 D , = 1 1 9 7 9 m 整体张拉弯顶索屋盖 , 以若干 D Z= 股92 m 短柱及数套预应力索系组成 节约钢材 12% 降低内力值 15% 节约钢材 印% 国国本德中日198 3 1984 198 5 1986 中国 1986 中国 1986 沙特阿拉伯 节约钢材 26 % 提高 刚度 屋盖用钢 35 名k创m Z l6 l7 19肠 1987 中国 中国 屋盖用钢 35 名 k g/ m , 比传统塔架刚度大 1988 韩国 吉林滑冰馆 北京华北 电力 调度塔 汉城奥运 会体 育馆 , 击剑馆 自重仅 14. 6叼耐 Stee l Cb瑙tn 州如几 1卯7 (4) , 丫b l.12 , N O . 38 4 9 技术讲座 表 2 1盯1 一 1男6 年国内外主要大型预应力钢结构工程一览表 国家地区 工程名称 跨度 (直径) 结构体系特征 续表 序号 建成年份 经济效益 1988 中国 中国 江西省体育馆 88 m 19少〕 1卯3 1)燕峙 1男闷 l卯5 1叨5 l卯5 1望艘i 1望赶i 新加坡 中国 中国 中国 中国 中国 美国 中国 北京亚运会体 育建筑群 新加坡港务局 仓库 前两者 主承 重结构 不合理 节约钢材 加% 一 30 % 四川攀枝花市 休育馆 D = 印 m 节约钢材 38 % 上海国际购物 中心楼层结构 广东清远市体 育馆 27 m 省钢 22 , 4 % 9 3 . 65 m 省钢 35% 福建厦门太古 机库 北京西客站门 厅顶盖结构 亚特兰大奥运 会主赛馆 广东高要市体 育馆 l义 m 省钢约 20 % 45 m 79) x 63() ‘ 析架高度 s m 达 L/ 5.6 自重 38 kg/ m Z 困.3 m 钢管混凝土大拱以预应力垂直拉 索 吊挂两 块平板 网 架 37 .5 m x 31石 m 综合馆 、游泳馆 、 朝阳馆均采用 预 应力吊索结构 6 座 1沁m x 96 m 及 % m x 70 m 两 组吊索平板 网架组成 , 由我国 冶 建院设计 多次预应力窍顶钢网壳 , 支承在 8 根立柱 匕 采用 8套 预应 力索 , 两 次张拉 27 m x 27 m 平板网架 , 下弦布索局 部施加预应力 预应力 六边形 钢扭 网壳 .支承转 6 根 立柱 卜.用 6 套拉索施 加两 次预应力 主承重结构预应力拉杆拱与平板 网架共同受力 4 棍平面重型钢析架在弦焊处局 部布索施加预应力 长圆形平面 , 整体张拉索结构中 间布置 一 福索析架 预应力 四边形钢扭网壳 , 由 4 根 立柱支承 , 支座间张拉预应力索 省钢 334 % 构学科方面的水平 已达到国际先进行列 。 4 预应 力 钢结构 的主 要特点与经 济效 益‘”〔幻 4. 1 与普通钢结构相比 , 预应力钢结构具 有 以下特点 4. L I 充分利用材料的强度潜力 , 以提 高承 载力 普通钢结构杆件的受力状态是从零应力 开始 (不计 自重 ) , 荷载作用后杆 件能够受力 至材料抗拉极限或抗压极限 。 杆件承载力大 小取 决于杆件截 面积 A 与强度极 限 f 的乘 积 , 即 F = A · f . 在钢材抗拉与抗压 强度相 等条件下 , 先在抗拉杆件中引人 最大的预压 应力 (不计稳定系数) , 然后承受荷载 , 则其 抗拉能力提高一倍如图 8所 示 。 普 通拉杆 的承载力 F , , 是从零应力状态开始 的 , 当截 面应力达到极 限值 了后即不能受载 , 而引人 F !下| 凡 卜 厂 + f 习 图 8 承载力提高示意图 预压应力 f 值后 , 其承载能力是从预应力状 态开始 的 , 随着荷载的增长 , 首先抵 消截 面 预应力 , 荷载继续增大至截面应力达极限值 f 后而 不再 能受力 , 此 时承载力 为 只 。 显然 F Z二 Z F , 。 换句话说 , 非预应力钢结构杆件的 材料强度 , 只利用了最大强度 幅值的一半 , 而预应力的杆件 , 在引人 与荷载符号相反的 预应力后 , 则可提高强度承载能力一倍 。 也 50 钢结构 1卯7年第4 期第 12 卷总第38 期 预应力钢结构技术讲座 (l) 就是说预应力可以大大提高结构的弹性受力 范围 . 4. 1.2 改善结构的受力状态以节约钢材 在杆件内引人预应力 可 以改善受力状 态 , 降低内力峰值 , 节约用材量 。 例如在均布 荷载下 的简 支梁用 拉索法 引人预应 力 (图 9a ) , 可以将跨中最大弯矩力减小 , 非预应力 梁的弯矩设计值为嵘一 冬、产, 而预应力一 ’ 一” 一 “ 一 一 ” 一 ’ - 一~ 8 1 ” 一 ” 一一 梁 的弯矩 设计值为呱一吝、。一 T . 。 显然‘ ’一 ’ ‘ ’ 一 一 ” 一 - 一~ 8 1- - 一 ’… 材耘> M 孤。 方向相反或相同的预应力位移 v。 , 可 以提高 结构的刚度 。 反向预应力位移 v。 如同结构的 起 拱 , 在荷 载作用 下 可 抵消 初 始挠 度 (图 10a ) , 同向预应力位移如 同预位移 , 在荷载作 用前 因预应力作用而产 生挠度 (图 10b) , 待 荷 载 作 用 时 , 则 不 再 产 生 挠 度 (当 F < T 时) , 换言之 , 结构大大提高了刚度 。 兰8 =Toe M晶、 = 坳坳姗脚些些.盈盈户户户户十十十十.................................一土土)))}111} 111 1 1川 川11(.111111‘‘‘厂厂厂 二二 lllllllllllllllllllllllllllllllllll卜卜 川川 ,, 丈 一 T .。 8 图 兔 改善结构受力示意图 如采用支座位移法在双跨连续梁 中引人 预应力 (图 9b ) , 则可根据荷载数量大小 、 位 置及跨度尺寸等条件调整跨 中弯矩值 , 强迫 中间支座上下移位使梁内三处的弯矩峰值比 较接近 , 以 便设计出经济 合理 统一 的梁 截 面 。 t奋(b) 图 10 提高刚度示意 图 如果采用拉索法 对压杆施加预应力 , 则 可改变基本杆件 的边界条件从而提高其稳定 性 , 图 11 中所示预应力的作用相 当于在杆件 的两端 (图 lfa )和中部(图 1lb) 增加了弹性嵌 固支点 , 从而提高 了基本杆件的稳 定性 , 如 果增加的弹性支承的数量 与位置适宜 , 则可 一一‘ ’ , 洲洲LLL , , , 动动 图 9b 调整 弯矩峰值示意 图 4. 13 提高结构的刚度和稳定性 , 调整其动 力性能 预应力能使结构产生与荷载作用下位移 图 11 增大稳度示意 图 以借助预应力手段排除压杆失稳问题而只依 据杆件截面的材料强度极限来设计轴 心压 杆 〔6 , o 预应力还可 以改变基本杆件 的动力性 S枉笼1 伪璐打u 改沁n . 1卯7 (4) , vo l . 1么 N O .38 技术讲座 能 , 根据预应力体系的选择与预应力施加力 度的大小可以调节基本杆件的振动频率与自 振周期 , 从而调整其动力特性 。 东2 预 应力 钢结构的经 济效益 与 结构型 式 、 施加预应力方法 、 节点 构造 、 几何 尺寸 、 荷载性质与大小 、 施工方法和材料劳力价格 等直接有关 。 设计中如能选用多卸载杆而少 增载杆结构型式 , 寻求多轴拉杆件而少受弯 杆件 (或无受弯杆件)的受载体系 , 统一和简 化杆件及节点的构造及规格 , 尽多地采用高 强钢材替代普通钢等等 , 将会导致更好的经 济效果. 一般而言 , 在实腹结构与格构结构中采 用单次预应力技术与非预应力同类结构相比 可获得 10 % 一 20 % 的经济效益 , 而采用多 次预应力技术则可节约材料 20 % 一 40 % 左 右 . 4. 1 1 同类结构中 , 不同的截面形状产生不 同的经济效益 。 对受弯构件而言 , 预应力的作用可使全 截面应力达到设计强度 , 使弹性变形法制造 的预应力实腹钢梁 中 , 荷载 的应力分布可达 到塑性铰状态(图 12a ) , 就是说预应力实腹 梁的经济效益与梁截面形状系数有 关 , 形状 系数越大 , 经济效益越 高 。 从 图 12b 中可见 不同截面的形状系数亦不同。 ¹ º » ¼ ½ ·壬 矛矛矛尸 丫丫 ///尸 \\\\\\\///// 夕夕 议议 夕夕 沐沐 十十 ¹ 初始预应力 , º 强 迫力应力 , » 合成 预应力 , ¼ 荷载应力 , ½ 截面终应力 截截面面 工工 工工 OOO 曰曰 爵爵 扬扬 睿睿形形状状状状状状状状状 系系数数 1.07 一1 .1222 1.15 ~ 1.1777 1.2777 1 .5000 1.父父 1.7000 2. oooo 图 12 截面形状影响示意图表 由此可见 , 形状系数越小说明可资利用 的材料强度潜力越小 , 即在非预应力结构中 的截面形状设计合理 , 而 由于预应力提高承 载力大的梁却是因为集中于中和轴区域未被 利用 的材料强度潜力被释放所致 。 另外 , 预 应力的作用可提高梁 的弹性受力幅度 , 比起 按塑性设计的非预应力梁来说 , 大大提高了 弹性阶段承载力幅值 。 月2 2 不同结构型式及荷载力度省 钢率不 同 。 在同样荷载同一跨度条件下不同结构型 式的经济效益不等 , 实腹 式与格构式不 同 , 格构式也因不同类型而各异 。 在结构体系 、 跨度 、 布索方案相同情况下 , 荷载越大 , 省钢 率也越高 , 算例可见表 3. 表 3 预应力简支析架经济效益 周号 结构形式及拉索布置荷载/N .m (% ) 3 880 3 别叉) 日】) 2喇】〕 卿夔鬃粤 8i些嘿碧劲 , , , 引万11 - 一一创 卜一一二菠潇一~一~曰 钢结构 1卯7年第4期第 12 卷总第 38 期 预应力钢结构技术讲座 (l) 42 3 不同布索方案及跨度 尺寸经 济效 益 生不等的省钢率 (表 4) .不同布索方案意 味 各异 . 着结构体系内卸载杆与增载杆 比例的大小 。 沿杆件长度的局部布索 , 只对该杆本身 而相同条件下 的预应力效应又 因跨度大小 产生影响.在 同一结构型式和荷载 、 跨度 条 而 不同 , 从表 4 中可见跨度越大 , 效益 越显 件下不同的布索方案会因卸载效应不同而产 著 。 表 4 布索方案及跨度尺寸对经济效益的影晌 序号 跨度/m 结构简图及布索方案 自重/kg 省钢率 (% ) 3 636 3 142 3 310 13.6 3.0 8 乞钊) 6 55 5 7 4 10 仁.4 不同加载方案产生不同效果 采用拉索法可有三种施加预应力的方案 (图 13) , 其经济效果不同 。 ( l) 先张法 :即先对结构施加预应力 , 结 构在预应力状态下开始承受荷载 , 材料 的受 拉受压强度只被利用了一次 , 属于单次预应 力结构 , 所 以其承 载力幅 值提 高最 小 (图 13a) ; (2) 中张法 :即结构先承 受部分荷载 , 然 后施加与荷载内力方 向相反 的预应力 , 在材 料 中先抵消荷载应力 , 再产生预应力 场 , 在 此基础继续承受荷载 , 因其弹性抗拉强度幅 值被两次利 用 , 故其承载力提高较前者大 (图 13b ) ; (3) 多张法:即结构受载后施加预应力 , 再受载 , 再施加预应力反复进行 , 直至 材料 ., ..1 1 ‘‘F ! 月.‘-111!l(a ) F /// {{{ (c) F 强度极限. 由于反复多次利用抗 拉抗压弹性 强度 幅值 , 所 以承载 力提高最大 (图 13e)。 即 F , < 凡< 凡. 5 预应力钢结构的适用范围及 土导 开发前景 预应力钢结构学科 自诞生发 丁||凡 卜 f司 卜 f ~ 图 13 不同施加预应力方案效果示意图 S枉兄1 C b 留tn 习自n. 1卯7 (4) , 、b l.12, N b .38 技术讲座 展以来 , 走过了 50 年历程 , 它的应用范围几 乎 已覆盖 了全部钢结构领域 , 也就 是说 , 适 合应用钢结构的工程中都可以采用预应力技 术 。 但是总的看来 , 预应力技术更适宜应 用 于下列情况 : (l) 需要大跨度及大无阻挡空间时 , 如体 育场馆 、 展览厅 、 飞机库等; (2) 重荷载及超重负荷条件时 , 如桥梁 、 多层仓库 、 多层停车场等; (3) 活动及移动结构物 , 减小 自重是重要 原则时 , 如塔吊 、 开启式体育馆等; (4)高耸结构物 , 稳定性与刚度是主导因 素时 , 如无线电及电视塔 、 高压输电塔等; (5) 高压大直径圆筒饭结构 , 当无法增大 饭厚时 , 如储液 、 气罐、 输油 、 气管线 、 冷却塔 等; (6) 在运转条件下加固现役结构物 时 , 如 加固桥梁 、 运输栈桥 、 工业厂房等; (7) 创建新结构体系 , 以柔索取代受弯构 件时 , 如吊挂体系 、 整体张拉体系等 。 在上述情况下采用预应力技术可以达到 节 约钢材 , 提高结构刚度 与稳 定性 , 减 小 自 重 , 保证结构功能 , 降低运营成本等目的 。 在 目前以经济建设为主题的世界范畴 内 , 钢铁 日益用于和平的 目的.所 以钢 结构 的应用领域仍将不断扩大 , 钢材 的强度材质 继续 完善 。 与其它新兴建筑 材料相 比 , 钢材 在规格 与品种上 , 在产量 与质量保证上 , 在 价格与供应上仍占绝对的优势 。 所以在 21 世 纪 中叶以前仍然是以钢与混凝土为建筑结构 材料主体的势态.预应力钢结构学科取得 的 成绩辉煌 , 但发展的历史短暂 , 许多领域尚待 研究与开发 , 许多方面尚未涉及与揭示 .例如: (上接第 60 页 ) 参考文献 1 赵熙元等 .建筑钢结构设计手册 .北京 :冶金工 业 出版 社 , l卯5 2 俞国音等 .钢结构工程质量检验评定手册 .北 京:中国 计划出版社 , l姚 (续完 ) ¹ 新结构体系的创建与掌握方面 ; º 预 应力钢 结 构 动 力 特 性 的 研 究方 面 ; » 简捷预应 力 系 统 的 开 发 与 应 用方 面 ; ¼ 预应力加固技术与措施方面 ; ½ 预应力钢构件 的工厂化 与商品化 方 面 ; ¾ 预应力 专用设备 的研制 与优化方 面 等 。 我国土建工作者在这一 学科领 域 的开 发 、 应 用与推广方面是 “任重而道 远 ” , 但 只 要认真加强规划与领导 , 大力推动学科的普 及与应用 , 我 国的预应力钢结构学科的前景 光明 , 未来的成就一定更加辉煌. 参考文献 1 E . H . BEJI EH只. n pe 朋aP“ I℃几湘 Ha 即“撇H卜‘ .c M 七- 花~ ecK代 卜七c y l”I〔 K 服TP彝印州. M 戊KBa 196 3.1975 2 陆赐麟 .多次预应力钢结构的理论及试验研究 .土木 工 程学报 .1% 5, ( l ) 3 刘锡良.网架 (壳 )结构基本知识.中国建筑金属结构协 会网架 (壳)结构技术培训班讲义.1卯6.7. 4 陆踢麟 .预应力空间钢结构的现况和 发展 .空间结构 . l卯5.(l) 5 陆赐麟 .198 0 年奥林匹克运动会的主要建筑物及 其结 构特点 .北京工业大学学报 .1兜2, (3 ) 6 陆 赐麟 , 葛亚非 .预应力钢 压杆的理论及 试验研究 .建 筑结构学报 .19叭), ( 5) 7 陆赐麟 .单次和多次预应力钢结构 .清华大学学报.1% l, 8 8 陆踢麟 .预应 力钢结构 的经 济效益 与发展概 况 .钢结 构 .1986, (2) 作者简介 : 陆赐麟 , 男 , 1 9 2 9 年 2 月生. 1952 年在天津大 学 (原北洋大学)土木系毕业后任教龄清华大学土木系 。 1 9 酬) 年毕业 于前苏联莫斯科建筑大学 (原建筑工 程学院)研究 生院 , 获科学技术副博士学位 .现任北京 工业 大学 土木系 教授 , 并担任中国钢结构协会理事 , 中 国房屋钢结构协会 及中国建筑钢结构委员会顾问等. 作者简介 : 何奋韬 , 男 , 19 30 年 9月生. 1955 年毕业于 原中 南土木建筑学院 (现湖南大学)营建系工民结专业.原任武 汉钢铁公 司金属结构 厂总工 程师 , 现退休 .教授级高级工 程师 , 从事钢结构设计 、 制作及规范 、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的编制等工作. 钢 结构 1卯7年第4期第 12 卷总第 38 期