预应力钢结构拉索抗力的统计分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会预应力钢结构拉索抗力的统计分析杨会杰陈志华(天律大学建筑工程学院，天律300072)摘要：讨论了预应力钢结构拉索的结构构成，分析计算了拉索材料性能、截面几何参数和计算模式的不定性三个主要影响因素的统计参数，进而得出了拉索抗力的统计参数和概率分布类型，为预应力钢结构拉索的可靠度分析提供了参考和依据。关键词：拉索；统计参数；不定性；抗力’预应力钢结构主要由刚性钢构件、拉索材料和锚具材料等构成。其中拉索是预应力钢结构中的关键构件，拉索的可靠度是决定预应力钢结构可靠度的主要因素。目前国内外对于拉索可靠度的研究较少，因而有必要对其进行较为深入的研究。本文

2、讨论影响拉索可靠度的重要因素之一拉索抗力，主要分析抗力的不定性因素及其概率分布类型。’一、高强钢丝和拉索分类预应力钢结构用拉索由不同直径的高强钢丝经过不同的扭绞方式形成。由于结构用拉索对柔性要求不高，所以拉索一般采用较粗的钢丝制作而成。高强钢丝由热处理的优质碳素结构钢盘条经多次连续冷拔而成，预应力钢结构中采用最多的钢缝直径为4ⅢⅢ～7Ⅲ一“。高强钢丝的抗拉强度一般为1370～1960^r／蝴2，伸长率为4％～6％，弹性模量值在(2．O士O．1)×105M砌I“。拉索的抗拉强度和弹性模量一般小于钢丝本身的强度和弹性模量，降低幅度取决于钢丝的绞台方式闭。拉索的强度等级是其所用钢丝

3、的抗拉强度标准值，拉索破断荷载为其抗拉强度与公称截面积相乘，再乘以相应的强度折减系数而得。预应力钢结构用拉索分为钢丝束拉索、钢丝绳拉索、钢绞线拉索和钢拉杆。钢丝束拉索有平行钢丝束和半平行钢丝束两种，其钢丝采用热镀锌的5mw或7^m的高强钢丝，宜选用高强度、低松弛、耐腐蚀的钢丝，强度等级有1570M甩、1670MP口、1770MP口、1870MP口和1960H～等级别，弹性模量一般不小于1．90×10’M砌【4j。断面结构见图l。e}e；@@@1一高强钢丝：2一缠绕细钢丝或纤维增强聚脂带；1)6×7一Fc3一黑色聚乙烯护套；4一彩色聚乙烯护套3)6×7．FC图f钢丝束断面结构图

4、围2钢丝绳截面图钢丝绳的基本组成元件为绳芯、绳股和钢丝。钢丝绳绳芯可采用纤维芯(Fc)、独立的钢丝绳芯(1wRc)、钢丝股芯(wsc)、有机芯和石棉芯等。标准绳股每股钢丝常为1×7(1+6)、1x19(1+6+12)、1×37(1+“12)三种。构成绳芯、绳股和钢丝绳的最基本元件钢丝，可采用光面钢丝或镀锌钢丝，钢丝的形状可采用圆形钢丝或异型钢丝，以圆形钢丝为主，异型钢丝可以形成密封钢丝绳等。钢丝绳通常核心为一股绳芯，外层为六股绳股或八股绳股沿一个方向缠绕。几种钢丝绳的截面图如图2所示。1092工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会钢丝绳的强度等级可采用1570M

5、户口、1670M砌、1770肘忍、1870^f砌利1960M砌等级别。钢丝绳的强度和弹性模量又略低于钢绞线，其优点是比较柔软，适用于需要弯曲且曲率较大的构件。钢绞线一般由七根钢丝捻成，一根在中心．其余六根在外层向同一方向缠绕，标记为1×7，公称直径为12．5～15．7mm；也有多根钢丝如19根、37根等捻成的钢绞线，分别由三层、四层钢丝组成．标记为1×19、1x37：国外常用多根钢丝捻成的钢绞线，其外层的钢丝截面有时还采用梯形、S形等变形截面。国内常用l×7铡绞线．或由多根1×7钢绞线平行组成的钢绞线束(见图3)”JI⋯。D。一钢绞线公称直径；do_中心钢丝直径：卜外层钢丝直

6、径图31×7钢绞线和多根1×7钢绞线截面图二、拉索抗力不定性因素的分析为了研究拉索结构的可靠度，首先需要分析拉索抗力的统计参数，这里采用了厂家提供的试验数据。这些数据包括不同规格高强钢丝和拉索的理论破断力和实际破断力，其中高强钢丝数据87个、钢丝束数据56个、钢丝绳数据95个、钢绞线数据50个。这些数据包括了数据采集的时间、钢丝和拉索的规格、数量、连接形式、强度等级、理论最小破断力、实测破断力。结构构件抗力不定性是指构成结构构件抗力的因素的变异性，影响拉索抗力R不定性的因素很多，主要的影响因素有三个：拉索材料性能的不定性、截面几何参数的不定性和计算模式的不定性。Ⅳ“”预应力钢

7、结构构件的三种拉索，钢丝柬、钢丝绳、钢绞线由不同直径和抗拉强度的钢丝扭绞形成。考虑到构成三种拉索的钢丝本身的几何特性和材料力学性能相近，可作为整体同时分析：但不同拉索钢丝的机械构成方式相差较大，所以拉索的破断力分别计算其统计参数。(一)拉索材料性能的不定性．结构构件材料性能的不定性，主要是指材料质量以及工艺、加荷、环境、尺寸等因素引起的结构构件中材料性能的变异性。结构构件材料性能的不定性用随机变量置。表达，K。的平均值∥。。和变异系数，。‘。一‘氓。分别为‰：兰煎：兰盟(1)p“一1F一葡=-⋯‰=扛；