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预应力钢结构知识简介
更新时间:2010/9/21 点击:14163次

预应力钢结构知识简介

      预应力混凝土是业内人士都非常熟悉的,他已成为国内外土建工程最主要的一种结构材料,而且预应力技术以扩大应用到型钢、砖、石、木等各种结构材料,并用以处理结构设计,施工中用常规技术难以解决的各种疑难问题。有人把预应力混凝土结构简称为“预应力结构”,而不知又诞生了预应力钢结构学科及其广阔的应用领域,有些业内人士还常常混淆两者的差别。

      钢筋混凝土结构中采用预应力技术是为了延缓混凝土中裂缝出现及提高结构刚度,改善结构性能。钢结构中施加预应力的目的除提高结构强度、稳度、刚度外,主要是创建新型结构体系。赋予零刚度结构以必要刚度,改变几何可变体系为几何不变体系、设计按强度计算的压杆及具有预压应力的拉杆以及无受弯杆件的跨度结构等。籍预应力还可改善结构的抗震性、抗疲劳性及其它动力性能。两者虽然都应用了预应力技术改善结构属性,但二者的目的、方法、工艺、力度、构造、效果等皆迥然不同,存在本质上的差异。

一、预应力钢结构的定义:

      预应力钢结构是指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。

二、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。

      2、改善结构受力状态,节省钢材。

      3、提高结构刚度及稳定性,改善结构的各种属性。

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、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。

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