文档介绍：预应力钢结构在我国的应用与发展 内蒙古科技大学赵根田一预应力钢结构的涵义和种类(一)预应力钢结构的涵义预应力钢结构的一般涵义是:在钢结构中,采用一些有效措施,创建一套与荷载引起的内力反号的自平衡力系,以减小荷载产生的内力,达到节约钢材的目的。这里施加预应力是手段,预应力施加得合理才能成为有效措施;减小了荷载产生的内力是结果;缩小构件截面、节约钢材是最终的目的。)示一双跨连续梁,受均布荷载q的作用。支座负弯矩是左右跨中最大正弯矩的二倍。如果把中支座下降一距离△,相当于整根梁在中点作用一向下的力P。这就是通过把中支座下降一适当的位移的措施,使整体梁中建立了预内力M0,它与P力自相平衡,与荷载q无关。在1,2两点间,预内力M0与荷载产生的内力反号,而在1,2两点之外,二者为同号。取恰当的Δ值,内力叠加,结果如图中d所示。最大弯矩由原来的ql2/8降为ql2/,减小了31%。这样,可以按ql2/,这就是采用预应力的方法取得的经济效果。但是,上述情况是建立在下列条件上的,即梁是等截面梁。按照ql2/8的弯矩选择梁的截面,只在中支座处充分发挥了作用,其他部分承载力都有余度。由图中b可见,预内力M0在1、2两点间与荷载内力反号,而在其他部位,却与荷载内力同号。反号区取得减小荷载内力的作用,而同号区却增大了构件所受的内力。这里说明了两个概念问题。 1、; 2、预应力手段只能是调整内力。因而预应力钢结构的真实涵义是,采用预应力的手段,调整结构或构件的内力,达到减小荷载效应,节约钢材的目的。根据预应力的手段不同,预应力钢结构可有各种分类方法。下面按增设和不增设高强度构件把预应力构件分成两大类。(二)不增设高强度构件的预应力钢结构这类预应力钢结构只是给结构或构件以强迫变形,以调整其内力分布,并不增加零部件,因而构造简单,施工方便。应用较广的有以下几种。 1)强迫支座沉降法用于多跨超静定连续梁体系中。例如1955年建造的武汉长江大桥,是三跨连续梁,将中间二支座适当下降一距离△,就可调整上下弦杆的内力。中支座处附近,上下弦杆的内力与荷载引起的内力反号;跨中附近的上下弦杆内力则和荷载引起的内力同号,达到了调整内力的目的。武汉长江大桥采用此法,节约钢材10%。1968年建造的南京长江大桥,也采用了同样的方法。 2),首先在反向加预力使之反向弯曲,由于二者非整体,截面应力分布如图中b所示。这时将二者焊成整体,然后卸去预力,整个截面因弹性力而回弯,产生卸荷应力,如图中c所示。二者相加,得截面的残余应力(图d),这就是创建的预应力,它与荷载无关,是独立存在的、自相平衡的内力系。图中e是荷载作用下,截面上的应力分布。由图d可见,截面上1-2之间,预应力与荷载引起的内力同号,1和2之外,预应力与荷载引起的内力反号。又一次证明,预应力在结构或构件的某部分取得减小荷载内力的作用,必定在另一部分增大了荷载内力的作用。由于受弯构件在弹性工作时只有上下翼缘的应力最大,可以充分发挥材料的承载力,而腹板内应力不大,材料未能发挥作用。采用了上述反弯曲法,调整了内力,可使整个截面应力基本均匀,充分发挥了材料的作用,取得了节约钢材的效果。荷载应力与预应力叠加后的最终应力如图中f所示。顺便提一下,如果按照发展塑性,以形成塑性铰来设计梁的截面时,可以得到相同的效果。和采用上述预应力的结果是一样的。但不同的是:用预应力方法调整内力时,梁的工作是弹性的,因而构件的变形小;采用塑性设计梁时,变形将为很大。 3)与混凝土组合法将一工字钢梁按使用荷载方向预弯曲,这时将受拉翼缘包以混凝土,待混凝土达到了强度后卸除外力,钢梁回弯。下翼缘的混凝土得到了很大的预压力,。这种具有预应力的组合梁,在荷载作用下,下翼缘的混凝土参予受拉工作,直到拉力完全抵消预压力时,混凝土才开裂而退出工作。因此在使用荷载作用下,混凝土保持不开裂而参加受力,提高了构件的承载力,达到了节约钢材的目的。此外,还有其他不增设高强度构件而创建预应力的方法。(三)增设高强度钢构件的预应力钢结构在结构或构件中增设高强度构件的目的是减少普通钢材的使用。但是,不同强度的两种钢材存在于同一构件或结构中时,在荷载作用下,二者变形相同,应力也必相同,这样,高强度构件的强度不能完全发挥作用。要想解决这一问题,只有采用预应力的方法,张拉高强度构件,在结构或构件中创建预应力。使普通钢部分获得反号内力,节约了钢材;而使高强度钢构件获得同号内力,增加了应力,强度也就得到充分发挥。总之,这种预应力钢结构的实质是用高强度钢材代替部分普通钢材,施加预应力是为了达到替代的目的,是一种恰当而可靠的技术手段。高强度钢材,如钢铰线等,价