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[分享]预应力张弦桁架

发表于2018-06-11    731人浏览    1人跟帖    筑龙币+50  复制链接  只看楼主

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蒋德华

预应力技术古已有之,乃先人藉此改善生活用具性能,加固补强劳作工具的一种工艺。如撑起鱼伞(引入预应力)可以防雨挡风,木桶套箍(引入预应力)可以耐久防漏等。预应力的使用在我们日常生活中无处不在。

根据《中华人民共和国大气污染防治法》第四十八条、第七十二条之规定,“工业生产企业应当采取密闭、围挡、遮盖、清扫、洒水等措施,减少内部物料的堆存、传输、装卸等环节产生的粉尘和气态污染物的排放”,“贮存煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、水泥、石灰、石膏、砂土等易产生扬尘的物料应当密闭”。

2017年开始全国掀起一场料场环保封闭浪潮。由于原设计没考虑封闭,所以跨度做得越来越大。

预应力钢结构体系通过科学合理地引入自平衡的预应力构件,可以创造出结构力学高效、造型新颖美观的现代建筑结构体系。预应力张弦桁架_1

预应力索+钢桁架的组合结构体系,可以有效解决钢桁架+檩条的传统形式造成的造成的用钢量大,地基水平推力大的,跨度小的问题。通过不同的跨度、不同地区的风荷载设置不同方式形式的的预应力张拉索可以有效抵抗恒+活荷载、风吸荷载、整体稳定性差,桁架间距密,用钢量大,拱形结构支座推力大的等缺点。


预应力张弦桁架_2


预应力拱桁架结构一般为四边形形桁架,也可采用三角形桁架,撑杆与桁架的下弦铰接连接,张弦索与撑杆通过索撑节点连接,张弦索的端部与桁架下弦连接,通过张拉张弦索对结构施加预应力,使桁架产生向上的反拱,可有效抵抗竖向荷载产生的向下用;跨度不是特别大时可以采用图一所示的方法。


预应力张弦桁架_3

图一

当风吸力大时,设置斜拉索的一端与桁架下弦相连,另一端连接在张弦索、撑杆、斜拉杆的连接节点上,通过给斜拉索施加预应力,使结构产生向下的作用,能有效抵抗反向风荷载(风吸)作用。设置两种索,一种抵抗恒载和活载、雪载,另一种设置抗风索抵抗风吸力。

通过合理的引入预应力,能有效的提高拱桁架的承载力和平面内的稳定性


预应力张弦桁架_4

预应力张弦桁架_5

图二




空间张弦梁结构主要包括:上弦梁、三角形撑杆、水平拉索(或上斜拉索、下斜拉索)构成;两根上弦梁和上弦腹杆形成平面桁架,具有较强的平面外刚度;上斜拉索、水平索和撑杆对上弦两产生向上的预应力效应,桁架形成具有承载正向荷载(自重、恒载、活载、风压)的张弦梁结构;设置下斜拉索连接在撑杆和上斜拉索的连接节点,通过对下斜拉索施加预应力,能使结构具有抵抗反向荷载(风吸)的能力。

预应力张弦桁架_6





空间上弦梁结构的上斜拉索和上弦梁,同过连接节点与桁架上弦弦杆连接,空间张弦梁的下斜拉索与桁架结构的下弦连接,由于上斜拉索均对桁架两侧有对应的平面外拉力,上弦梁对桁架由一个强有力的平面支撑作用,下斜拉索对桁架下弦由一对平面外拉力,因此能极大提高预应力钢桁架的平面外稳定性。

预应力张弦桁架_7





预应力钢桁架与空间张弦梁组合工业料场结构体系具有如下特点:




(1)跨越能力强:预应力钢结构具有国际公认的最为高效的力学性能,具有超强的跨越能力,已建造跨度超过300m的库房结构(空客380维修库),国内已建成的料棚跨度达到226米有一座,190~196多米的有三座。可有效解决现有钢网架结构跨度小(小于145m)、占地大等问题,节约土地资源。




(2)结构力学特性优越,节能减材:与普通钢结构相比,预应力钢结构体系可节约钢材10%—40%,跨度越大(145米至200米区间),节材效果越明显,预应力钢结构具有很好的结构安全性能和经济效益,是一种具有广阔应用前景的绿色节材节能型结构体系。




(3)改造少:预应力钢桁架结构可采用滑移施工,同时钢结构落地基础全部设置在煤场外围,且内部无混凝土支撑柱,因此,无需对内部运、输煤设备进行改造,可最大限度的减小对电厂、钢厂正常生产运营的影响。




(4)耐腐蚀性强,后期维护费用低:浸锌或喷锌是钢结构目前最理想的防腐措施,按照国家规范,防腐年限可达到15年,而预应力钢结构的钢索防腐能满足全寿命周期要求,防腐年限可达到50年,预应力钢桁架结构构件数量少(仅为钢网架结构的1/7、普通桁架结构的1/3),构件表面积小,钢桁架相贯节点封闭性好,不易腐蚀,后期防腐费用大大降低(相比网架结构),因此,在料棚设计使用年限以内,预应力钢桁架结构后期防腐维护较网架、普通桁架结构大大降低。




(5)体系稳定性强:采用预应力拉索的拱形结构(特别是张弦式索拱结构),与普通拱形结构相比,整体稳定性能大大提高。在主受力方向(平面内),预应力钢结构稳定安全性能优于网架结构、管桁架;次受力方向(平面外),预应力钢结构主要按照国家规范要求,设置稳定系统,保证结构安全稳定。预应力钢结构与网架结构均能满足结构平面外稳定要求,但对于条形煤棚,网架结构在平面外的构件过多,不能充分利用,在造成浪费的同时网架空间约束过多,施工变形累计误差无法调节。



(6)土建量小:在不影响储煤工艺的前提下,设置了斜拉索,斜拉索的设置在竖向荷载作用下可减少拱脚对基础的推力,并且钢桁架落地数量仅为网架结构的1/3,因此,与传统网架方案相比,可节约基础投资约20%,设置了预应力索,可以调节基础两边的推力;在风吸荷载作用下为抗风索,能抵抗风荷载的风吸作用。




(7)抵抗基础不均匀沉降强、温度应力释放能力好:预应力钢桁架结构榀与榀之间连接刚度较小,因此,与网架结构相比,可以减小由于大面积的堆载产生的基础沉降不均匀对支座附近的节点和杆件的影响,且有利于温度应力的释放。




(8)施工速度快:每个主桁架仅需2到4处高空拼接点,大量的为工厂拼接或现场地面拼装,安装速度很快,且上部屋面结构安装不影响斗轮机正常生产运营。根据现场情况及工程实际,若采用 “分段组拼、累积滑移”的方法,钢结构拼装占用场地很少,更可以最大程度的减少结构施工对斗轮机正常生产运营的影响。




(9)与同等跨度普通钢结构(如网架、桁架结构)相比,预应力张弦桁架结构主桁架内力减少约40%,结构变形减小约20%,柱脚推力减小20%以上,结构材料用量减小30%以上。




(10)与同等跨度普通钢结构(如网架、桁架结构)相比,综合考虑材料、加工、安装的工程造价,预应力张弦桁架结构一次性建设投资节省约20%,后期维护费用节省约30%。



预应力张弦桁架_8


来源:中冶华天市政设计研究院,已获授权,转载请注明。



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 发表于2018-06-11  | 只看该作者      

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