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预应力斜拉钢结构是一种新型的杂交结构,主要由塔柱(桅杆)、刚性结构和柔性的索组合而成,造型轻巧优美。与普通钢结构相比,预应力斜拉结构通过斜拉索在结构中施加预应力,改善结构受力状态,使结构产生反向变形,降低了结构在荷载作用下的挠度,提高了结构的刚度。因此,是一种有发展前途的杂交结构体系。
目前,预应力斜拉结构理论研究虽然取得了一定的成果,但是与实际工程的应用相比,其理论研究相对滞后,特别是预应力斜拉结构的施工阶段找力分析、施工技术等方面的研究非常有限。基于此,本文针对预应力斜拉钢结构,对斜拉索分析、施工阶段找力分析、施工技术等关键问题进行了系统的研究。
斜拉索是预应力斜拉结构中的主要受力构件,对其精确分析不仅有利于斜拉结构构形,也有助于施工过程中斜拉索的精确下料、斜拉索的悬挂张拉以及调整索力等一系列步骤的顺利实施。本文对斜拉索的解析理论进行了深入探讨,得出一些重要参数的解析表达式,并对悬链线理论和抛物线理论进行了对比分析。介绍了斜拉索有限元理论和有限元分析的一般思路,以及采用不同索单元进行有限元分析各自的优缺点。
施工阶段找力分析是进行施工分析的基础,本文对施工阶段找力分析方法进行了系统的探讨和研究,重点研究了迭代找力分析方法,在原有迭代找力方法的基础上,笔者提出了增量比值法、混合法迭代找力分析方法。对比分析了各迭代策略的特点和适用范围,并通过预应力钢结构主要形式弦支穹顶、张弦梁、斜拉结构算例计算分析,验证对比分析了各种索力迭代方法的适用性。
本文详细探讨了预应力斜拉结构的施工技术。探讨了预应力斜拉结构施工状态确定的方法,并介绍了确定施工状态的主要控制参数施工控制张拉力的求解方法与步骤;结合江宁体育场研究分析了温度效应对预应力斜拉结构施工状态的影响;详细阐述了拉索无应力长度理论计算方法,提出基于初应变的拉索无应力长度的简洁计算方法。笔者探讨了拉索张拉方案优选的原则和方法,并结合实际工程总结分析了不同形式预应力斜拉结构常用的张拉方案,为工程技术人员提供参考。探讨了预应力斜拉结构各种形式拉索的安装工艺和张拉方法;预应力斜拉结构施工过程中施工监测非常重要,本文论述了预应力斜拉结构施工监测项目及方法。最后,针对不同形式的预应力斜拉结构中斜拉索与塔柱的连接节点、斜拉索与刚性屋盖的连接节点,刚性屋盖与塔柱连接节点这三类关键节点的处理进行了探讨。