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                  鋼結構預應力技術的特點及應用

                  發布時間:2020-03-31

                  鋼結構預應力技術以其眾多優勢在建筑工程中倍受青睞。鋼結構預應力技術類型眾多,且特性鮮明,在實際應用中應把握其特性,對其進行合理利用,以發揮工程效益。本文主要分析鋼結構預應力技術的特點,并結合實例分析其具體應用。 
                  【關鍵詞】鋼結構預應力技術;特點;應用 
                  引言 
                  近年來,鋼結構預應力技術在建筑工程中得到廣泛應用,與傳統鋼結構混凝土結構相比,其在提高建筑結構承載力、增加結構穩定性、創新結構體系等方面發揮著巨大作用。經過多年的發展創新,預應力鋼結構的應用范圍幾乎已覆蓋了全部鋼結構領域,在很大程度了促進了建筑行業的發展和進步。 
                  1 預應力鋼結構的發展現狀 
                  預應力鋼結構類型眾多,按照按結構受力體系來分,可分為平面預應力鋼結構和空間預應力鋼結構。平面預應力鋼結構主要適用于預應力軸向受力鋼構件,例如:預應力支撐、預應力柱等;預應力受彎鋼構件,如:預應力實腹梁、預應力鋼桁架;平面索拱結構、索桁結構、張弦梁,如張弦桁架;平面吊掛及斜拉結構等??臻g預應力鋼結構則在預應力網架、預應力網殼、空間張弦梁(張弦桁架)、正交(或斜交)索拱結構等方面比較適用。隨著我國的建筑行業的發展,鋼結構預應力技術也表現出其極大的實用性,如:對于需要大跨度及大體量無阻擋空間(體育館、歌舞劇院等)皆應用預應力鋼結構來提高其穩定性和承載力。 
                  2 鋼結構預應力技術的特點 
                  2.1 耐火性差 
                  對于預應力的鋼結構來說,溫度到達300℃左右會出現由徐變現象,對建筑結構產生較大影響,例如:造成預應力松弛的問題,進而引起結構內力重新分布,對整個建筑結構造成破壞,且隨著預應力的增大,其耐火性越來越差。因此,在應用鋼結構預應力技術時,應充分考慮其防火設計,根據工程防火等級制定嚴格的設計方案,以減少這種不利影響。但是目前對預應力鋼結構耐火問題的研究幾乎空白,因此,這一特性在一定程度上限制了其發展。 
                  2.2 形成新的結構體系 
                  鋼結構預應力技術的一大特點是可以構成新的結構體系,具有比較廣泛的適用性,例如索穹頂結構,如果沒有預應力技術,就沒有索穹頂結構,另外預應力技術還可以作為預制構件(單元桿件和組合結構)裝備的手段,從而形成一種新型的結構,如弓式預應力結構,還有采用預應力技術后,可以組成一種雜交的空間結構,或者可構成一種全新的空間結構,其結構的用鋼指標比原結構或一般結構可大幅度的降低,具有明顯的經濟效益。 
                  2.3 監控和索張拉 
                  首先,預應力施加完成前結構尚未成形時,鋼結構整體剛度較差,因此一般都會邊施加預應力邊用有限元軟件進行仿真驗算,同時進行張拉力和位移的監測,以確保鋼結構順利的建成。其次,鋼結構預應力施工會有階段性,可以是嵌套形式;另外還需要確定一個形狀控制為索張拉目標,目標實現時的索力為目標控制索力,在實際應用中,必須使用少數設備實現目標控制索力,以降低成本。 
                  3 剛結構預應力技術在建筑工程中的應用――以某圖書館為例 
                  3.1 工程概況 
                  某體育館在建設中應用到鋼結構預應力技術,其概況如下:整個體育館為五層結構,地上四層、地下一層,主要由比賽區,熱身區,外圍附屬用房,地下車庫這四個分區組成。熱身區以及賽區的屋頂構成一個鋼結構整體,鋼結構屋蓋為單曲面、其形式為雙向張弦桁架鋼結構,上弦為平面桁架,且其正交正放,下弦形成雙向張拉索網結構。 
                  3.2 設計方案 
                  根據實際應用特點和施工現場的實際情況,決定采用以下設計方案:比賽館屋面呈南高北低波形曲線,結構最高點標高為42.454m。屋蓋上層采用正交正放桁架結構,桁架雙向間距8.5m,結構截面高1.518~3.973m。上弦面內的全部桿件或者腹管均為圓管,圓管截面為159×6mm~480×24mm,采用無縫鋼管,下弦面內所有桿件為焊接矩形管,截面范圍為350×200×8×8~450×275×25×20mm。上弦采用帶肋焊接球節點,截面范圍D500×18mm~D700×35mm。下弦采用鑄鋼節點。屋蓋鋼結構在比賽區區域的尺寸為114m×144.5m??v向有B~Q軸共14榀平面桁架,兩側邊6榀桁架不布索,E~M軸共8榀,為預應力索張弦縱向桁架。橫向有7~24軸共18榀平面桁架,兩側邊各2榀不布索,9~22軸為預應力索張弦橫向桁架,見圖1。預應力索為上下兩層結構,縱索采用單索結構,且處在上面,橫索為雙索,且在下。桁架預應力鋼索采用纜索,其型式為擠包雙護層大節距扭絞型,定位撐桿(撐桿為圓管,截面為219×12mm,最長為9.248m)。上端與桁架結構的下弦連接,其切采用萬向球絞節點,下端與索連接,采用夾板節點,縱橫向索穿過鋼撐桿下端的雙向節點,形成雙向張拉空間索網,索端與鋼結構采用鑄鋼節點連接。 
                  圖1 張弦桁架軸測圖 
                  3.3 鋼結構預應力技術的應用 
                  3.3.1 預應力索張拉 
                  考慮到實際工程的特點,決定采用以下設計方案:張拉施工由兩端逐漸向中間進行雙方向對稱施工,且分3級進行。第一張拉至設計索力要求的80%;第二次張拉全部設計索力,并超張拉5%;第三級微調索力,使其達到設計要求。具體分析如下:第一次張拉9、22,E、M軸線張拉到80%設計力,分別為980、1060、1360、1360KN。第二次張拉21,F、L軸線張拉到80%設計力,分別為1110、1750、1640、1640KN。 
                  3.3.2 預應力監測 
                  在張拉中,鋼結構屋架向上拱起,在張拉完成后,屋蓋與支撐塔架脫離,完成卸載的過程。屋蓋中心起拱采用吊線墜與全站儀兩種監測方式,屋蓋中心起拱設計理論計算值為177mm,實測為159mm,偏差18mm。按設計計算,若起拱值達到理論計算值的50%(即89mm),在屋面全負荷狀態下仍可滿足承載力和正常使用要求,因此,起拱159mm與設計理論值177mm吻合較好,完全滿足設計要求。 
                  4 結束語 
                  在建筑工程中,鋼結構預應力技術已經逐漸發展為比較成熟的一項施工技術,今后在不斷的發展中,還將繼續完善。眾多工程實踐說明,預應力技術以種種優勢,在鋼結構中有著強大的生命力和競爭力,今后應不斷擴大其應用范圍,充分發揮其優勢和作用。 

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