预应力钢结构简介

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1、预应力钢结构简介摘要：本文简述了预应力结构的原理、作用、施加预应力方法、工程应用分类、经济性比较等，特别重点分析了预应力门架的影响经济性的各种参数。一、预应力结构原理何谓预应力？预应力就是工程结构在承受荷载前、或在承受部分使用荷载时，人为地给结构施加了一种力，使其在使用阶段的受力性能得到改善。这种技术即谓之预应力技术。我们祖先最早发明了预应力技术，如：1.木桶打箍：预加环向压力，以消除使用阶段或水产生的外张拉力；a）水张力b）预压力图1木桶打箍2.木锯张紧索：用于固定据条；3.弓弦：用于引发发射弹力；4.帐篷：边索施加预应力，使帐篷布撑开、固定，并能承受一定荷载；5.雨伞：用减少两组铰接撑杆一

2、端的距离，使上复板层受张力而张开，并能承受一定风荷载。a）未打开b）打开图2雨伞二、预应力的作用1.增加承载力①对于受拉构件，先加压力；（用高强材料代替低强度材料）图3预应力组合拉杆示意图1-高强钢索(f=∞)；2-槽钢；3-盖板；4-缀板②对于受弯构件，先使它反向弯曲；（用曲线配筋，使之作用与原弯曲图相反）图4对受弯构件施加预应力③对于受压构件，减少无支长度，提高φ值。图5对受压构件施加预应力2.较少结构挠度①梁、刚构反向预应力，可减少挠度；图6预应力减少梁的挠度②索网的反向索预应力，可减少正向索使用阶段的挠度。3.调节振动特征①增加单体刚度，提高自振频率；②使索结构振动线性化，便于计算控制

3、；③局部施加预应力，可改变整个结构振动特性，如结构振动控制中的钢弦控制方法。4.改变结构受力特性①可使拉索承受压力；（预应力的损失）②可使受纯弯曲变成压弯；③可使轴心受压变成偏心受压。5.使结构成形对索网与张力结构，不加预应力，就不能构成形状固定的结构。三、预应力钢结构工程应用分类1.预应力柔性结构①单索结构：索道、索桥；图7单索②平面索桁架：拉索撑杆体系；图8平面索桁架③空间索桁架：车轮式悬索结构；图9空间索桁架④索网图10索网2.预应力刚性结构①预应力大梁图11拉索预应力简支梁形式②预应力桁架图12预应力轻型桁架示意图③预应力门式刚架图13预应力门式刚架示意图④预应力框架图14预应力框架示

4、意图⑤预应力网架、网壳与Tensegrity体系图15准Tensegrity体系——Suspen-Dome3.预应力斜拉结构①预应力梁、桁架：大多应用于桥梁中②斜拉交叉梁系③斜拉梁④斜拉网架图16斜拉结构的布索形式a)放射式；b)竖琴式；c)扇式；d)星式图17英国伯明翰国家工程中心展厅屋盖四、施加预应力的方法1.拉索法①千斤顶直接张拉法图18千斤顶直接张拉法②千斤顶推顶法图19千斤顶顶推法③丝扣拧张法图20丝扣拧张法④横向张拉法图21横向张拉法⑤电热张拉法2.支座位移法图22支座位移法3.弹性变形法图23弹性变形法预应力梁内力图五、预应力钢结构与非预应力钢结构经济性比较实例表1预应力钢结构工

5、程用钢量及其非预应力钢结构工程用钢量比较表建造年代工程名称建筑尺寸(m)采用的结构形式用钢指标(kg/m2)节约钢材(%)1967浙江省体育馆80×60负高斯曲率椭圆形索网17.3（不计圈梁）1984天津宁河体育馆42×42正放四角锥网架，用支座位移法施加预应力31.61（12％）1988汉城奥运会主体育馆D=119.79拉索—压杆体系14.6（不计压环）1992上海国际购物中心27×27拉索预应力组合平板网架47.98（31.82％）1994四川攀枝花体育馆74.8×74.8八边形双层球面网壳，周边设8条预应力索35.0（36.61％）1995河南空间结构厂仓库36×36对角线拉索预应力正交

6、正放网架14.58（45％）1996郑州碧波园80×80八面锥形网壳（局部三层，变高），周边设4条预应力索43.5（15％）1996亚特兰大奥运馆乔治亚穹顶240.79×192.02空间拉索—撑杆体系（支撑在圆形环梁上），将脊索由辐射状改进为交叉联方网格，空间性能更好351997贵州瓮福磷矿体育馆54.0×42.0预应力网壳29.501999广东连州一中风雨操场40×36双层扁网壳，四边各设一预应力索21.2（23％）典型的非预应力钢结构工程用钢量指标2008北京五棵松篮球馆120×120双向正交空腹桁架体系（非预应力）694.42008北京奥运会主体育场（鸟巢）333.2×296.4平面交叉

7、桁架体系（中间无屋顶），结构自重/活载＝14倍（非预应力）726图24汉城体育馆（1988）图25乔治亚穹顶（GeorgiaDome）体育馆（1996）图26浙江黄龙体育中心体育场挑蓬钢结构a)斜拉索布置；b)稳定索布置图27浙江省人民体育馆（1967）图28北京奥运会主体育场图29北京五棵松篮球馆六、预应力门架的影响因素及其经济性图30预应力门式刚架简图1.拉索的初拉力增大拉索的预应力可以减少刚