预应力钢结构介绍.doc

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1、预应力钢结构　　预应力钢结构  prestressedsteelstructure  　　在结构上施加荷载以前，对钢结构或构件用特定的方法预加初应力，其应力符号与荷载引起的应力符号相反；当施加荷载时，以保证结构的安全和正常使用。结构或构件先抵消初应力，而且还应考虑预应力的作用，然后再按照一般受力情况工作的钢结构称为预应力钢结构。　　一、预应力钢结构　　预应力技术古已有之，乃先人藉此改善生活用具性能，加固补强劳作工具的一种工艺。如撑起布伞（引入预应力）可以防雨挡风，木桶套箍（引入预应力）可以耐久防漏等。　　但在现代钢结构中引入预应力却是近50年的国情。人们在钢结构承重体系中有意识地引入认为应

2、力以抵消荷载应力，调整内力峰值，增强结构刚度及稳定性，改善结构其它属性以及利用预应力技术创建新体系的都可称之为预应力钢结构。　　二、预应力钢结构的优点　　预应力钢结构的主要特点在于：　　①充分、反复地利用钢材弹性强度幅值，从而提高结构承载力。　　非预应力结构承载从零应力开始达到材料设计强度f而终止受力，其承载力为N1；而预应力结构承载始自于效应力f01,其承载为N2及N3，显然N3>N2>N1;　　②改善结构受力状态，节省钢材。例如受弯构件中的部分弯矩可以施加预应力转换为轴拉力，将弯矩峰值Mmax降低为M’max%26shy;，从而构件截面可以缩小，降低用钢量。　　③提高结构刚度及稳定性，

3、改善结构的各种属性。　　预应力结构产生的结构变形常与荷载下的变形反向，因而结构刚度得以提高。由于布索而改变结构边界条件，所以提高结构稳定性。预应力可以调整结构循环应力特征而提高疲劳强度。由于降低结构自重而减小地震荷载，提高其抗震性能等。　　三、预应力钢结构的经济效益　　预应力钢结构的经济性与结构体系、布索方案与工艺、荷载性质与力度、结构构造与节点、安装方法与材料价格等众多因素有关。正常情况下，预应力钢结构同比非预应力钢结构采用单次张拉时可节约钢材10-20%；多次张拉时可达20-40%。而预应力创新体系结构与非预应力传统结构相比要节约钢材几倍至几十倍。总之，结构材料中的强度潜力越大，采用预

4、应力的经济效益越高。例如在实腹梁截面重心轴附近存有大量强度潜力。采用预应力后其经济效益同比格构梁要高许多。　　四、国内外著名预应力钢结构工程　　国外工程名称（建成年份）经济性国内工程名称（建成年份）经济性1比利时布鲁塞尔机库（1953）省钢率12%太原钢厂输煤栈桥（1959）省钢率5%2前俄罗斯托夫顿河公路桥（1959）省钢率11%-18%天津宁河体育馆（1984）省钢率11%-12%3美国芝加哥国际机场机库（1960）省钢率11%-12%北京亚运朝阳体育馆用钢量52.2kg/m24韩国汉城奥运会主赛馆（1996）用钢量14.6kg/m2四川攀枝花市体育馆省钢率38%5美国亚特兰大奥运会主

5、赛馆（1996）用钢量11-38kg/m2厦门太古机场机库省钢率11%-12%还有21届足球世界杯赛馆、奥运羽毛球馆、奥运乒乓球馆等。五、预应力钢结构的类型？　　从早期预应力吊车梁，撑杆梁的简单形式发展到目前张弦桁架、索穹顶、索膜结构、玻璃幕墙等现代结构，预应力钢结构种类繁多，大致归纳为四类：　　①传统结构型：　　在传统的钢结构体系上，布置索系施加预应力以改善赢利状态、降低自重及成本。例如预应力桁架、网架、网壳等。例如天津宁河体育馆，攀枝花市体育馆的网架、网壳屋盖等。目前候机楼、会展中心广泛采用的张弦桁架亦归入此类。另一种是工程中应用已久的悬索结构，如北京工人体育馆，浙江人民体育馆。其结构

6、由承重索与稳定索两组索系组成，施加预应力的目的不是降低与调整内力，而是提高与保证刚度。　　②吊挂结构型：　　结构由竖向支撑物（立柱、门架、拱脚架），吊索及屋盖三部分组成。支撑物高出屋面，于其顶部下垂钢索吊挂屋盖。对吊索施加预应力以调整屋盖内力，减小挠度并形成屋盖结构的弹性支点。由于支撑物及吊索暴露于大气之中直指蓝天，所以又称暴露结构。例如江西体育馆、北京朝阳体育馆、杭州黄龙体育场等。　　③整体张拉型：　　属创新结构体系，跨度结构中摈弃了传统受弯构件，全部由受张索系及膜面和受压撑杆组成。屋面结构极轻，设计构思新颖，是先进结构体系中的佼佼者。例如汉城奥运主赛馆、慕尼黑奥运体育建筑群等。由于此体

7、系属国外专利，国内尚无工程实例。　　④张力金属膜型：　　金属膜片固定于边缘构件之上，既作为维护结构，又作为承重结构参与整体承受荷载。或在张力态下，将膜片固定于骨架结构之上，形成空间块体结构，覆盖跨度。两者都是在结构成型理论指导下诞生的预应力新型体系，应用于莫斯科奥运会的几个主赛场馆中，国内不掌握此项技术。　　六、施加预应力的方法　　主要施加预应力的方法有四类：　　①钢索张拉法　　在结构体系中布置索系，通过千斤顶张拉索端而