索在預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法探討

1、索在預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法探討 【摘要】計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和結(jié)構(gòu)分析理論的不斷深入，為研究和發(fā)展結(jié)構(gòu)分析設(shè)計方法提供了現(xiàn)實(shí)條件和理論基礎(chǔ)，使人們對鋼結(jié)構(gòu)分析理論和設(shè)計方法的理解和應(yīng)用也更加深入。文中主要闡述了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)中索的應(yīng)用。 【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力；鋼結(jié)構(gòu)；索 一、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的常用的布索方式： 1.1橫架的形式取決于跨度、荷載及功能的要求外，還要考慮預(yù)應(yīng)力的經(jīng)濟(jì)效益和工藝可能，一般單跨時采用平行弦精架，制造安裝方便（圖1 a，b，c，d，e），或采用坡面橫架便于排水和施加預(yù)應(yīng)力（圖1 g，h，i），跨度較大時采用弧形橫架（圖1 j），內(nèi)力分布合理。預(yù)應(yīng)力索的布置有兩種方案，一是局部布索，拉

2、索位于個別桿件上（圖1 a，d），預(yù)應(yīng)力只影響布索桿件；二是整體布索，它由分為廊內(nèi)布索（圖1 b，h）和廊外布索（圖1 c）兩種，張拉鋼索時對橫架大部分桿件卸載，對小部分桿件增載。局部布索效果明確，桿件可在工廠預(yù)制，工地裝配，但錨頭增多，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜等原因使橫架整體經(jīng)濟(jì)效益不高。所以只有當(dāng)跨度大，荷載重時采用局部布索才是合理的。整體布索時大部分桿件卸載，預(yù)應(yīng)力工藝簡捷，用料少，所以經(jīng)濟(jì)效益比局部布索要好。但它仍對部分桿件增載，所以整體布索方案與橫架形式的選擇會直接影響橫架的總體經(jīng)濟(jì)效益。廊外布索可以增加預(yù)應(yīng)力的力度和效果，在凈空允許條件下不失為可供選擇的良好方案。局部布索時一般將索布于受拉桿身

3、，如懸臂橫架位于上弦（圖1 k），簡支橫架位于下弦?？缍却?、荷載重時可以重疊布索（圖1 e）以節(jié)約索材。連續(xù)橫架布索一般位于受拉弦桿（圖1 f），也可采用整體布索來改善較多桿件的受力條件（圖1 i）。如果條件合適可以采用多次施加預(yù)應(yīng)力方案，經(jīng)濟(jì)效益要比單次施加預(yù)應(yīng)力高10%左右。 圖1預(yù)應(yīng)力橫架形式 1.2空間結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)形式的千變?nèi)f化，可以采用的施加預(yù)應(yīng)力的方式更加變化多樣，下面只列出是比較典型的對網(wǎng)架和網(wǎng)殼施加預(yù)應(yīng)力的兩種方式，如圖2。 圖2預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu) 二、索析架分析法 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)目前所采用的設(shè)計方法如上所述， 本文將提供一種新的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的分析方法一索析架分析法， 該方

4、法將預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)視為索析架結(jié)構(gòu)， 預(yù)應(yīng)力索（ 直線、折線或曲線）被視為索析架的拉桿， 鋼析架被視為索析架的壓桿，基于結(jié)構(gòu)在塑性極限平衡條件下進(jìn)行分析， 預(yù)應(yīng)力索承擔(dān)的荷載按索的特性構(gòu)造確定， 鋼析架承擔(dān)的荷載按析架截面構(gòu)造計算， 預(yù)應(yīng)力索和鋼析架組合后按兩個結(jié)構(gòu)的連接條件進(jìn)行協(xié)調(diào)。預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)分擔(dān)的荷載與施加預(yù)應(yīng)力的階段、朽架結(jié)構(gòu)的高度及永久荷載與可變荷載的大小有關(guān)。通?？紤]預(yù)應(yīng)力索分擔(dān)全部永久荷載加3 0 %7 0% 可變荷載， 其余荷載由鋼彬架承擔(dān)。對單一構(gòu)件（ 如析架、鋼棧橋、實(shí)腹式鋼梁） 可取小值， 對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可取較大值。按網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鈉筋布置方式， 預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)分擔(dān)的荷載只考慮預(yù)

5、應(yīng)力索對應(yīng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。上弦一個節(jié)間的荷載， 永久荷載和可變荷載的組合按上述比例取值。 三、計算實(shí)例 網(wǎng)架平面尺寸為3030m， 網(wǎng)格尺寸為33m， 采用鋼筋混凝土屋面板， 作用在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上的恒載標(biāo)準(zhǔn)值為2.8kn/m2， 活載標(biāo)準(zhǔn)值為0.7kn/m2， 網(wǎng)架為周邊支承?，F(xiàn)說明采用索析架結(jié)構(gòu)分析方法的計算過程。 當(dāng)按非預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計時， 網(wǎng)架的高度應(yīng)取l/12=2.5m，網(wǎng)架最大弦桿截面為 1596， 網(wǎng)架用鋼量為27.2kg/m2（不含網(wǎng)架支座和支托用鋼量）。 采用預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)， 預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置如圖3所示， 在每邊下弦中部布置兩道預(yù)應(yīng)力鋼筋，取網(wǎng)架的高度為l/20=1.5m，預(yù)應(yīng)力索結(jié)

6、構(gòu)分擔(dān)的設(shè)計荷載q=2.812+0.50.71.4=3.85kn/m2（預(yù)應(yīng)力索對應(yīng)的網(wǎng)架上弦一個節(jié)間的荷載， 即3.853=11.55kn/m）， 而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在其相應(yīng)節(jié)間上的荷載為0.30.71.4=0.294kn/m2，其余部為的荷載為2.81.2+0.71.4=4.34kn/m2。 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計算結(jié)果， 網(wǎng)架最大弦桿截面為 1596，網(wǎng)架用鋼量為23.1kg/m2（不含網(wǎng)架支座和支托用鋼量）；預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)計算結(jié)果， 預(yù)應(yīng)力鋼筋（ 15鋼紋線） 用鋼量1.82kg/m2（不含錨具及連接件）。上述計算結(jié)果與按有限元分析方法得到的計算結(jié)果是一致（網(wǎng)架桿件作為桿單元， 節(jié)點(diǎn)均為鉸接， 預(yù)應(yīng)力索為柔性索單元）。 三、結(jié)束語 采用預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在用網(wǎng)量略有降低、結(jié)構(gòu)造價基本不變的情況下， 可以降低結(jié)構(gòu)高度， 增加建筑空間， 減少維護(hù)結(jié)構(gòu)的費(fèi)用， 預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用具有一定的發(fā)展前景。 參考文獻(xiàn)： 1李國強(qiáng)，沈祖炎著.鋼結(jié)構(gòu)框架體系彈性及彈塑性分析與計算理論m.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1998 2呂志濤主編.現(xiàn)代土木工程的新發(fā)展m.東南大學(xué)出版社，1998 3陳紹蕃著.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)