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预应力管桁架在大跨度储煤结构中的应用

现常见大跨度储煤棚结构分为气膜结构与钢膜结构,其中大跨度钢膜结构常使用预应力管桁架形式,此文详细解析何为大跨度预应力管桁架结构。


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什么是预应力?
预应力技术的应用从上世纪三十年代开始,因其独特的结构受力体系,往往能达到让人惊叹的建筑效果。预应力钢结构的结构选型与优化,布索方案经济分析,张拉阶次与力度设计,结构计算与内力组合,构件与节点设计,施工工艺选择等设计内容中,任何一项中都可难度极大,国内只有实力雄厚的企业能做大型预应力钢结构设计。


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预应力钢结构(prestressed steel structure):指在结构上施加荷载以前,对钢结构或构件用特定的方法预加初应力,其应力符号与荷载引起的应力符号相反;当施加荷载时,以保证结构的安全和正常使用。结构或构件先抵消初应力,而且还应考虑预应力的作用,然后再按照一般受力情况工作的钢结构称为预应力钢结构。


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从早期预应力吊车梁,撑杆梁的简单形式发展到目前张弦桁架、索弯顶、索膜结构、玻璃幕墙等现代结构,预应力钢结构种类繁多,大致归纳为四类:传统结构型、吊挂结构型、整体张拉型、张力金属膜型。大跨度钢膜煤棚结构所采用的常为预应力管桁架结构。

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大跨度钢膜煤棚预应力的应用:

就是在传统的钢结构体系上,布置索系施加预应力以改善应力状态、降低自重及成本。例如预应力桁架、网架、网壳等。由于不同的荷载作用需求,不同的工艺要求,大跨度预应力管桁架干煤棚的断面形状,拉索布置形式都有可能转变,但总体的基本形式主要分为拱形预应力张弦桁架结构、拱形预应力张弦网壳结构,拱形预应力索杆桁架结构、门形预应力张弦桁架结构。


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预应力管桁架的主要优点在于:

1、充分反复地利用钢材弹性强度幅值,从而提高结构承载力。非预应力结构承载从零应力开始达到材料设计强度而终止受力;

2、改善结构受力状态,节省钢材。例如受弯构件中的部分弯矩可以施加预应力转换为轴拉力,将弯矩峰值。从而构件截面可以减少,降低用钢量;

3、提高结构刚度及稳定性,改善结构的各种属性。



预应力产生的结构变形常与荷载下变形反向,因而结构刚度得以提高。由于布索而改变结构边界条件,所以提高结构稳定性。预应力可以调整结构循环应力特征而提高疲劳强度。由于降低结构自重而减小地震荷载提高其抗震性能等。



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