预应力钢结构技术讲座_6_3_预应力特种钢结构.pdf

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1、陆踢麟:预应力钢结构技术讲座(6一3)预应力钢结构技术讲座(6一3)预应力特种钢结构陆踢麟(北京工业大学北京1仪刃2 2)TE CHMCAL LECTUR EOFP RE STRE SSEDSTEELC0NST RUC nON(6一3)PRESTRR 治E DSPD 皿AL51卜乙E口STRU CT URELuCilin(C间En百理enngC o业罗o fB ei j吨Po】yt ec苗cU川v er si t yB ei j in gl仪X)2 2)之心2竖式高压容器对筒高巧m、中1 8m,内压 达3 0MPa的高压容器进行了设计研究.以圆筒体外绕高强钢丝,具有活动顶盖和固定 底盖并以1

2、2根拉杆将其相连 的方案为最佳,拉杆的张力保证了两端与筒体的密闭连接,且拉杆承担 劝%的纵向力,为筒体及两盖卸载.筒体壁板选用厚劣的C7 0/印 级板材,用5 7层巾5高强丝按设计张力缠绕筒体,绕丝间距2印功m.各种方案的筒 壁计算预应力 在2肠幻5 州 Pa之 间.容 器总重18 l1t(含高强丝重7 5 5t).预应力容器比其它可能方案轻约3 5%4 5%.不采用预应力的筒壁厚度可达引刃,这在实际中是无法完成的.1 屯3大型储液库设计了3 0(XX)、父侧叉)及1的仪幻耐的三种立式预应力储液库(图1乃,除节约钢材外.在库体筒壁 下部的预应力可使壁厚降至1 61 8nun,因此可 用卷 材法

3、安装库休.对库体壁板采用不同标号钢材以使壁厚不超过1 6rn刃n,在绕丝范围内的壁厚减至1 41 2时,壁板用材总量 明显下降,但绕丝用量略 有增加,采用中5高强 丝作为绕丝其计算强度R=卜巾4 7枷(V=3 0伽m3)币。期(V=,咖动一申8 8劝(V=1伪咖mb图1 7预应力立式储液库1一库壁;2一顶盖;3一跨桥;4一绕丝;5一翰液套管9印MPa,在绕丝高度范围内的筒壁厚度不变。从筒体下层向上层绕丝 时或减 小丝径,或加大丝距以适应 内力变 化要求.绕丝区段以上部分库体的计算与非预应力库相同。表(6一l)中给出预应力 库与非 预应 力库在 造价 上的 比施:对轻型钢结构企业实行一体化资 质

4、管理.轻型钢结构企业有条件也有必要 实行设计、制作和安装的一体化生产,有利于提高生产效率,保证工程质量.首先 应提出轻型钢结构制作企业的专项资质等级标准要 求,以适用从事 轻型房屋钢结构制作为主,同时适应从事设计和安装的企业.该项标准的实施,可有效地限制低 水平企业 进人市场,有利于控制市场无序竞争的蔓延.同时 也改变建筑钢结构制作企业的设计和制作资质目前实质上无人负责的局面.在我国轻型钢结构企业的数量占钢结构企业总数的卯%左右,其产值占钢结构总产值的 即%以上,抓好了这一类 企业,就基本上抓住了钢结构行业.加强钢结构建 筑专业人员的继续教育,使其基础 知识系统化,并 补充必要的近代先进 技术

5、,提高工作人员的专业化水平,从而更好地满足钢结构发展的需要.实行这两项措施后,可为建筑钢结构市场 的规范化提供基础条件,也可逐步缓解钢结构专业人员素质与发展需要之间的矛盾,从而更有利于我国钢结构建筑行业健康发展。参考文献1柴耗,等.热轧H型钢设计应 用 手册.北京:中 国计划出版社,l卯82董志洪.世界H型钢与钢轨生产技术.北京:冶金工业出版社,1望尧St e elC on struction.2以)1(3),V ol.16,Nb.5353技术讲座较,可以看出随容积增大而节约率明显提 高,而筒体采用高强钢材 则节约率下降.裹6一1预应力库与单层库的比价降低%储库容积/m3C 38/23钢材等级

6、C4 6/333 0(X 拭)另O叹】10 0仪城】21.137.511.3.2 3.741.0C聊4 511.2*10.5*18.8注*仅储库筒体采用卷材安 装法.么屯4大直径管线敷设一般线路不长,温差变化不大的管线设计中,其管道所产生水平力往往被 支座及基础承 受。而很大温差导致 管线产生显著的伸长与缩短 时,一般通过在管线上安设补偿接头加以调节,但施工麻烦,增大材耗,提高成本.苏联某冶金工厂架设 的们刃,内压0.28 4MPa,高温达十2斌叉)的输气管道设计中采用了不用补偿器的预应 力设计方 案。输气管 全长近23()m敷设成Z字形,管道支座设计成三种类型:固定式;滑动式;摇动 式.管线

7、 两 端及 中点 为 固定支座,其它两类分布沿线.根据计算,安装前管线端头与端头支座间留有 间隙(图1 8a)。采用强迫位移法使支座就位后,管线内产生预应力如图1 8b所示.当管线 温度达2(X)而线路膨胀 时(图1 8a虚线所示)其温度应力(图1 8c)与预应力叠加相消。因此在端支 座处温度 应力 的最 大值减少 一倍.与普通方案相比这种预应力自我 补偿线路 设计可节约钢 材为%左右.秀结构体系,应用历史长,工程实践多.国内外过去和现在都有很多著名 的工程 如旧金山金 门大桥,上海杨浦 大桥等等.它们已自成体系与形成学科,本文对此 不作重复 介绍。在传统桥跨结构中采用预应力技术 的主要目的是

8、调 整内力和提 高刚度,现分别介绍并举例说明.玉1降低内力峰值,减轻结构自重(l)对实腹式梁式结构其预应力 弯矩多施 加在计算弯矩峰值处(图19)。以国外工程实例说明,a、b两图只在负弯矩处断续布索以预应力抵消峰值弯矩应力,而在c,d两图中则在正负弯矩峰值处连续或断续布索引人预应力以平 衡峰值 应力。这不仅降低用材量,而且显著减小结构高度。断续索多呈直线态布置在峰值处,但也 有呈a o环状 布置的,如 图19 b所示 西伯利亚新库茨涅斯克五跨连续 实腹钢 桥的预应力索就是由o o形 环索组成。沿桥跨全长连续布索的工程 实例如德国蒙塔堡 三跨实腹 连续桥(图1 9d),其 锚固构造虽然简化,但因

9、拉索太长、变形过大、弯折 点多、摩阻 力大 而导致预应力索受力条件及精度恶化。不用 预应力索引入 预应力 的简捷方案就是在施工时调整支座的计算标高,也可获得良好的卸载效果。二吧m图1 9多跨实腹梁式 桥的预应力方案图1 8整体预应力管线示意3预应力桥跨结构阳一城悬索桥与斜拉索桥是桥梁结构中应用预应力技术的优(2)对格 构式桥 梁结 构可根据弯矩图形在廓 内相应布索。多数情况下采用整体布索方 案(图加a),可以降低 内力峰值,简化锚固构造.也可在某些部位局部布索(图加b),常见的沿杆件长度布索方案可为大内力杆 件卸载又不加重其它杆件负担,但锚头增多构造麻烦,加大用钢量 与施工 劳动量.为取得更好

10、 卸载效果,在结构外围空间允许时可采用廓外布索。一般在跨中下弦以外布置撑杆与拉索系以获取 卸载弯矩,如图2 0c所示 为捷克一 座预应力运料栈桥,双跨 简支析架梁用中 5 0钢索 沿下 弦折线布置,以一对千斤顶 施加8 0MPa的预应力。我国在预应力运料栈桥方面也兴建了不少工程,较大者 为宁夏大武口电厂的印m单跨输煤钢栈桥。(3)对悬臂式结构可采用平衡重 引人预应力而不采用拉索卸载方案。这可省去张拉材料及设备,同样达到减轻自重的目的。如 捷克 兴建的醉m跨输气管道桥两岸各有一 长54钢结构2(X)l年第3期第1 6卷总第5 3期陆踢麟:预应力钢结构技术讲座(6一3)r r r念 月一一 业愕料

11、1 1 1上.由于垂直于水平两套承载体系的空间作用,桥跨结构的竖向刚度提高了功%,并减小了竖向与横 向自振频率,大大改善了结构的动力稳定性.撬。、图 2 2德聂泊河悬式管道桥m(c)图 加格构式桥梁布索示意m1 0 m伸臂端(图Z la),桥体由正三角形截面空间析架构成。一对下弦杆与腹杆 由钢管作成,直接连于既作为上弦杆又是翰气管的管壁上.在两悬壁端安 放混凝土 重块以平衡跨 中弯矩 为结构卸载。苏联在跨越莫斯科运河时也 建造过具有双悬臂 的预应力实腹钢梁公路 桥,跨长12 lm,两 端悬臂各18.6 5m(图2 1b).作为桥台一部分的混凝土块体与悬臂端固结一起以对跨中卸 载.然后将位于桥台

12、下部的拉 杆与桥 基相连形成 双铰刚架静不定体系承 受活荷载.拉杆中的 预应力应保证在任何荷载组合下都不会在杆中出现压应力.(2)深海区建桥时采用以拉代压的预应力支墩是 意大利工程师设计跨海大桥中的新思路.连 接意大利本土和西 西里岛的跨海大桥全长3 35 3m,由1 4跨203.8m 和5跨lo om长的析架组成,加3.8m跨度的析架 支墩设计成柔性拉索支承的。支墩由桥台、钢 支柱、钢 浮环、钢缆和锚固基础所组 成(图 2 3)。浮环外 径4 0m,由钢缆锚固在海平面下1 3m标高处.浮环上架立钢 支柱以支 承桥台.由于钢 环的浮力 作用,钢缆中产生巨大张力并保证在任何工况下钢缆中不会 出现

13、压力。在深海区采用这种方案有望节约材 料减 少工 程量及降低成本.图2 3跨海大桥预应力支墩示意图2 1用平衡重卸载的桥跨结构1一混凝土块休;2一拉杆玉2提高结构刚度改善其静、动力承载性能(l)利用拉索增大跨度结 构 物侧向刚度的方法 由来已久,方案多样.1978年在乌克兰修建的一座跨越德聂泊河的悬索式管道桥跨长达72()m(图2 2).桥跨结构由两福有斜腹杆的悬索析架及格构式刚性横梁组 成并 承受垂直 荷载。由预应力拉索组成的两侧索析架承受横向力及风荷载,其主索沿跨 长直接或间接与刚性横梁相连,两端锚固在两岸基础(3)经济简捷的索道桥(s tr e ssr i bb onb ri dg e)

14、是1%5年德国工程 师Fi n st erwalt er提出的一种新型桥跨方案。用一组平行的预应 力索系锚固于两岸的坚固基础上,张拉索系后在其上敷设预制的混凝土或钢的桥面。然 后继续张 拉索系至设计力度将索系与桥面连成整体共同受力。1%9年在德国Fr e i bu rg建造了一座人 行三跨连 续索道桥。桥面在中间 支座处的最 大坡度1 4%。索道桥的设计与悬索桥相似,拉 索全按柔性悬索考虑。但因桥面系 与拉索作为整体受力,所以索道桥的坡度与垂度都不大,因此 拉索中的内力会很高,对两岸地基的地质条件要求也较严。采用索道桥方案建造海岸传翰带,悬式管 道桥,公路桥等构筑物时可节约资金约4 0%,但必

15、须在跨度和桥 长很大,锚固地质条件良好情况下才显示 可观的经济性。Ste elCon stru ctio n.2(X)1(3),V ol.16,N b.5355钢结构防护密封刊在钢桥上的应用郭勇(宝鸡桥梁厂姜振安宝鸡7 21(X 拓)摘要我国铁路姻桥为了减少疲劳拉制因素,对箱型杆件的端隔板箱口里侧编短坪缝长度,在箱口外侧用密封剂进行密封,使箱体成为密封体,防止姻 梁里侧腐性,以便延长翎桥的涂装寿命.关扭词们梁箱型杆件密封荆减少疲劳延长涂装寿命APPL ICA f IONOFSE ALAN TINS rl.几.乙l,B RID GEG旧YongJi印9Z he na n(Ba o j1Br i山

16、笋G 如北rPl a口t.加句17 21(X 拓)A 压引旧L ACTFor山戈rea si n gtb ef atl 邵笙一伪ntrol ing丘to r sof血ra i】w ayst e el bri询多,tb ew el dl e哈hi nt比油i d soft比b oxe已c帅加别月o ft比加笼沙由rc o 们 truct沁n1 5sb or t e拙d,出日t比ou t s 讼o fwh ich 1 5se川edb yas ea lant,w咏hm班坛t址加xs ea i ed.T比吸.邓c a npr ev en it比沙山rf romc om 记ing;a川t比pa intI

17、if eo ft加st e el玩i d 罗1 5I en乎b e伙d.K E Y场nR I巧加x皿m比ro fst e el乡r由rs ea l朋tf a tig岭比d仪tionl en g tb enpa intl流我国铁路钢梁由原来的工型杆件发展 至现在的箱型杆件,受力更趋合理,跨度更大,但钢箱梁里侧的防腐却日益突出,因为它里侧在制造完后不能进行补涂,里侧若封闭的好,钢板不会发生锈蚀,封 闭不好,一旦空气进入将会导致钢梁的腐蚀,且不会被发现.通常我们采用端隔板焊缝封堵,但焊缝封堵不可避免地带来疲劳因素.据孙口黄河桥端封板的疲劳试验,对6个试件 在应力比P=0.3,应力幅为最 大与最小应力

18、之差,加载 频率F=225比,最后破坏部位,除1个未破坏外其余均在试件的端封板处破坏,根据试验结 果,为了延长钢箱梁的涂装寿命又不会引起疲劳问题,我们 在钢桥防腐上首次引人了密封剂。的两端隔板外侧 采用HE I肠密封 剂进 行 密封,如图1所示.图1箱型杆件 端隔板密封示意密封荆的性能和检验密封剂在我厂首次使用是在芜湖长江大桥上,在箱型杆件第一作者:郭勇男197 2年9月 出生助理工 程师收稿日期:2加1一0 3一0 54利用预应力钢索组成新型结构体系预应力高强钢索可承拉承 压,具有 良好 的比单价和气动性能,并不受极限长细比的限制。因此可以采用预应 力索创建新的更合理经济的结构体系.苏、美有的学者提出自应力结构体系就是一例.自应力结构就是体系受载后一些主要杆件 内可产生抵消部分荷载应力的补偿应力,因此可以自行 降低 内力峰值.如图解所示为两个自应力结构体系图.a图中利用 预应力高强钢索加大中、小型弧形析架跨度并调整挠度.大跨撑杆结构体系的受压上弦又是弧形析架的受拉下弦,因此发生在析架下弦中的 内力峰值将会减小。而b图中所示则是 大跨拱结构 中的拉杆同时又为桥面系小析架的上弦压杆,当荷载作用时拉压应力部分抵消,设计内力也会下降。图解自应力结 构体系示意56钢结构2田1年第3期第1 6卷总第5 3期