钢结构预应力技术的特点及应用_2

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1、钢结构预应力技术的特点及应用　　预应力钢结构主要使用在平面承重结构体系、空间承重结构体系、特种承重结构体系、加固与改建工程中。基于这些结构体系自身的特点，其预应力技术也有着鲜明的特点。　　预应力的施加可以形成新的结构形式　　通过预应力技术可以构成新的结构体系和结构形态，例如索穹顶结构，如果没有预应力技术，就没有索穹顶结构，另外预应力技术还可以作为预制构件装备的手段，从而形成一种新型的结构，如弓式预应力结构，还有采用预应力技术后，可以组成一种杂交的空间结构，或者可构成一种全新的空间结构，其结构的用钢指标比原结构或一般结构可大幅度的降低，具有明显的经济效益。　　预应力的监控　　预应力施加完成

2、前结构尚未成形时，钢结构整体刚度较差，因此一般都会边施加预应力边用有限元软件进行仿真验算，同时进行张拉力和位移的监测，以确保钢结构顺利的建成。　　索张拉的阶段性　　钢结构预应力施工会有阶段性，可以是嵌套形式；另外还需要确定一个形状控制为索张拉目标，目标实现时的索力为目标控制索力，目标实现时控制点位移为目标控制位移，即初始状态；最后控制索力往往是几个，甚至是十几个以上。由于实际张拉设备有限，不可能所有索同时张拉，因此必须制定使用少数设备实现目标控制索力和目标控制位移的张拉方案。　　由于经过30多年的工程实践，已经肯定了预应力钢结构的可行性、可靠性、先进性，以及新材料的大量涌现与新技术不断完

3、善提高，还有人们审美观念的转变与更新，使钢结构具有了许多结构类型[1]。分别为弦支穹顶结构、张拉膜结构、网壳结构、张弦结构、拉索拱结构、吊挂结构、高耸钢结构等。每一种结构类型由于其构造各异、用材多样、形式不一，其预应力设计方法和施工存在着很大的差异，下面介绍预应力技术在几种典型钢结构中的应用。　　预应力技术在弦支穹顶结构中的应用　　张弦穹顶结构是由日本川口教授于1993年提出的一种新型复合空间结构体系。我国1999年起才开始从事对张弦穹顶结构的研究，并建成了第一座张弦穹顶—天津开发区商务中心大堂张弦穹顶。　　XX年奥运会羽毛球馆位于北京工业大学校内，总建筑面积24383m2，屋盖最大跨度

4、93m，矢高m，上部采用新型空间结构体系—弦支穹顶结构[2]，下部为钢筋混凝土框架结构。　　本工程通过环向索施加预应力，经过仿真计算，环向索最大张拉力约2660kN，需要2台150t千斤顶，同一圈环向索有4个张拉端，故选用8台150t千斤顶，即同时使用4套张拉设备。张拉设备采用预应力钢结构专用千斤顶和配套油泵、油压传感器、读数仪。根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对油压传感器及读数仪进行标定。　　预应力控制参数张拉时采取双控原则；索力控制为主，伸长值控制为辅，同时考虑网壳变形。　　预应力操作要点是：张拉前将各圈环向索进行预紧，然后进行正式张拉。总体张拉过程分为3级：分别张拉到设计张拉力

5、的70%、90%、110%。总体张拉顺序为：前2级张拉都是由外圈向内圈依次张拉，第3级是由内圈向外圈依次张拉完成。由于本工程张拉设备组件较多，在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索在张拉时不产生偏心；预应力钢索张拉要保证油泵启动供油正常后开始加压；张拉时，要控制给油速度，给油时间应min；每圈环向索在张拉过程中要保证同步性。　　在张拉过程中，通过仿真计算进行校核，并用全站仪监测结构变形，用振弦应变计监测结构应力。　　预应力技术在索膜结构中的应用　　张拉索膜结构最早出现在1957年，由德国奥托设计建成，奥托是张拉膜结构的先行者和开拓者。经过几十年的发展，目前世

6、界上已建成的张拉膜结构有沙特阿拉伯吉达航空港、沙特阿拉伯法赫德国际体育场、美国圣迭戈会议中心、美国新丹佛国际机场等。　　青岛颐中体育场蓬盖膜结构工程，是目前国内自行设计、施工的第1个大型膜结构工程项目，覆盖面积达30000m2。其造型优美，成为青岛市标志性城市建筑[3]。　　工程内容包括：周圈钢结构分上、下两个环梁，60个立柱、弦杆组成的锥体。杆件均为管材，节点大部分为销接，总用钢量约XXt。钢索：主要有内环索4条，加索夹后重达200t；上下吊索用于连接内环索与周圈钢结构；另外60个膜单元由脊索、谷索和边索组成。膜片：由进口膜材料裁剪、热合而成。　　本工程在竞标过程中许多施工单位都以“吊

7、装”原则进行施工，但是经过反复的数据计算和方案论证，“柔性结构刚性假设进行吊装施工”几乎是不可能的。这就要求施工单位必须对柔性张拉结构与刚性钢结构的安装施工工艺有所区别，对传统的施工工艺有所突破。最后我公司确定如下两个原则。　　辅助钢结构的全柔性假设即除周圈钢结构外，对内部直线段的上、下桁架进行柔性假设，用备用索替代桁架，备用索一端固定于内环索的索夹上，进行直线段内环索的张拉到位。这样全部60个立柱柱顶均安装千斤顶、钢绞线可直接拉动