大跨空间钢结构预应力施工技术研究与应用_大跨空间钢结构预应力技术发展与应用综述

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施工技术
第 40 卷
给混凝土结构 施 加 预 应 力 是 一 项 熟 知 的 技 术， 可以有效改善混凝土结构性能和提高抗裂度 。 给钢 结构施加预应力可 调 控 结 构 变 形 和 杆 件 应 力 分 布， 提高承载力， 有效减少用钢量， 实现结构既轻盈飘逸 又大跨度跨越 。 预应力钢结构是将现代预应力技术应用到如网 架、 网壳 、 立体桁架 等 空 间 网 格 结 构 以 及 索 、 杆组成 的张力结构中而形成的一类新型杂交结构体系， 如： 张弦梁 、 弦支穹顶 、 索桁架 、 索网 、 斜拉 / 悬吊结构 、 索 拱、 预应力桁架 、 张 拉 膜 结 构 等。 会 展 中 心、 体育场 飞机场 、 火车站 、 工业厂房 等 钢 屋 盖 结 构 中 近 10 馆、 年来大量采用了预应力钢结构 。 大跨空间钢结 构 的 预 应 力 技 术， 涉及到众多复 杂的结构形式和多 种 新 型 拉 索 材 料， 融合了高强材 高级非线性力学分析和 高 水 平 施 工 技 术 。 近 10 料、 年来， 我国预应力钢结构在拉索材料 、 结构形式和施 工技术上都有了快 速 的 发 展， 取得了令人注目的技 术进步 。 1 拉索材料的发展 预应力拉 索 是 对 钢 结 构 施 加 预 应 力 的 主 要 材 向 料 。 拉索材料从钢 绞 线 组 装 索 和 钢 丝 绳 组 装 索， 高强钢丝束和钢拉 杆 等 成 品 索 发 展， 钢丝的表面防 腐蚀从镀锌处理到环氧喷涂和镀锌铝处理 。 1. 1 组装索 早期预应力钢结构中的拉索多采用钢绞线组装 索和钢丝 绳 组 装 索， 其 中 钢 绞 线 组 装 索 应 用 较 多。 钢绞线组装索的索 体 材 料， 直接采用广泛应用于预 应力混凝土中的无 黏 结 钢 绞 线， 拉索锚具则在夹片 锚和挤压锚等锚具的基础上予以改造 。 钢绞线组装 索的特点为：制作 方 便 、 索 长 制 作 精 度 要 求 低、 制索 费用经济， 但索端 节 点 构 造 较 为 复 杂， 美 观 性、 整体 性能和防腐性能略差 。 现钢绞线组装索多应用于管内布索的预应力钢 桁架结构中， 端部全密封， 使钢绞线束的防腐得以保 证， 如成都会展中心 、 广州新白云机场二期工程和广 东省博物馆新馆工程等 。 1. 2 成品索 现在， 高强钢丝束成品索（ 见图 1a ） 和钢拉杆成 品索（ 见图 1b ） 已 广 泛 应 用 于 预 应 力 钢 结 构 中 。 成 品索（ 包 括 索 体 和 索 头 ） 的 制 作 质 量 、 整体力学性 能、 防腐性能及美观性大大提高 。 但对锚具形式 、 节 点构造 、 工厂的拉索制作长度 、 现场的安装和张拉工 艺提出了更高的要求 。 钢丝束成品索 原 主 要 应 用 于 斜 拉 桥 结 构 中， 当 预应力钢结构开 其被应用于建筑 结 构 （ 见 图 2 ） 中， 始迅速发展 。 钢 丝 束 成 品 索 的 索 体 一 般 由 1670 级
Research and Application of Longspan Space Steel Structure Prestress Construction Technology
— — — Review on Development and Application of Longspan Space Steel Structure Prestress Technology Guo Zhengxing ，Luo Bin
（ School of Civil Engineering ，Southeast University ，Nanjing ，Jiangsu 210096 ， China ）
Abstract ： At recent ten years ， the cable material ， structure style and construction technology of prestressed steel structure have rapid development in China． The cable materials have high-strength steel tendon and steel tie rod ，as well as steel strand assembly cable and steel wire rope assembly cable． Anticorrosion method of steel strand develops from zinc plating towards epoxy spraying and zinc-aluminum plating． The structure style of prestressed steel structure includes beam string / truss / grid structure ， stayed structure ，prestressed truss structure ，cable truss structure ，cable-arch structure ，suspended-dome structure ，cable-grid structure ，cable-dome structure ，repeatedly hybrid structure and special structure ， etc． Construction of prestressed steel structure is not only the pure fabrication and installation and tension process ，but the systematic and whole process construction technology ，which expresses the combination of analysis with process ，the combination of joint ，cable end with tensioning equipment ，the combination of rigid structure with cable construction ，and the whole process construction control from analysis to prefabrication ，installation and tension． Key words ： long-span space steel structure ； prestress ； cable ； construction technology
［收稿日期］ 201103 20 ［基金项目］ 2004 年国家自然科学基金项目（ 50378083 ） ；2006 年江苏省科技厅基金项目（ BK2006104 ） ；2004 年江苏省建设厅项目（ JS200440 ） ［作者简介］ 郭正兴， ， 《大跨 空 间 钢 结 构 预 应 力 施 工 技 术 研 究 与 应 用 》 东南大学土木工程学院教授， 博士生导师 项 目 第 一 完 成 人， 南京市四牌 E-mail ： guozx195608@ 126. com 楼 2 号 210018 ， 电话：（ 025 ） 83790anjing Exhibition Center
过吸收 、 消化 、 推广 和 发 展， 部分结构形式在国内的 应用规模已远超国外 。 2. 1 张弦梁 / 桁架 / 网格 张弦梁由 上 弦 刚 构 、 中 间 撑 杆 和 下 弦 索 构 成。 拉索张拉时， 张弦梁的一端或两端的支座允许滑动， 从而使拉索的预张 力 完 全 由 上 弦 刚 构 平 衡， 从而形 成预应力自平衡体系 。 大跨度张弦梁 最 早 应 用 于 1998 年 建 成 的 上 海 跨 度 为 83m 和 44m ， 其 浦东国 际 机 场 候 机 楼 工 程， 后 2002 年 建 成 的 广 州 国 际 会 展 中 心 张 弦 梁 跨 度 为 126. 5m ， 2003 年建成的哈尔滨国际会展体育中心张 这些工程中张弦梁的上弦刚构为 弦梁跨度为 128m ， 弧形管桁架， 下弦为弧形的高强钢丝束成品索， 撑杆 类似的张弦梁结构 为两端铰接的平 行 钢 管 。 而 后， 如雨后春笋般出现， 其 上 弦 刚 构 形 式、 撑 杆 形 式、 下 弦拉索的线形和材料等也发生了变化 。 如南京会展 中心张弦梁的上弦为单坡 双 H 型 钢 直 梁 （ 见 图 4 ） ， 深圳会展 中 心 张 弦 梁 的 下 弦 拉 索 采 用 高 强 度 钢 拉 2010 上海世博会主体馆 的 张 弦 梁 的 上 弦 刚 构 为 杆， 平直管桁架， 撑 杆 为 V 形 撑， 下弦为三折线的双索 （ 见图 5 ） 。 另外， 张 弦 梁 也 由 单 向 张 弦 梁， 发 展 出 双 向、 三 向、 轮辐式等多向 张 弦 梁 和 张 弦 网 格 结 构 。 如 国 家 体育馆为双向张弦 梁 、 南京苏源大厦为三向六榀张 弦网格 、 成都电子科技大学体育馆为轮辐式张弦梁 。 2. 2 斜拉结构 桅杆 （ 或 塔 柱 ） 和 斜 拉 索 构 斜拉结构是由刚构 、 成， 斜拉索 布 置 在 刚 构 的 上 方， 为刚构提供弹性支 撑， 从而改善结构 内 力 状 况， 减 少 变 形 和 支 座 弯 矩， 实现更大跨度， 减少用钢量 。 早期斜拉结构 主 要 应 用 于 一 些 小 型 结 构 中， 如 珠海保税区东大门（ 见图 6 ） 和南京国际展览中心斜
大跨空间钢结构预应力施工技术研究与应用
— — — 大跨空间钢结构预应力技术发展与应用综述
郭正兴 ， 罗 斌
（ 东南大学土木工程学院 ， 江苏 南京 210096 ）
［摘要］ 近 10 年来， 我国预应力钢结构在拉索材料 、 结构形式和施工技术方面都 有 了 快 速 的 发 展， 取得了令人注目 拉索材料从钢绞线组装索和钢丝绳组装索， 向高强钢丝束和钢 拉 杆 等 成 品 索 发 展 ， 钢丝表面防 的技术进步 。 其中， 斜拉结构、 预应力桁架、 索桁架、 索拱、 腐从镀锌处理到环氧喷涂和镀锌铝处理 。 结构形式包括张弦梁 / 桁架 / 网格 、 弦支穹顶 、 索网 、 索穹顶及多次杂交结构和特殊结构 等 。 预 应 力 钢 结 构 施 工， 不 仅 仅 是 纯 粹 的 制 作、 安装和张拉工 而是系统性和全过程性的施工技术 。 具体体现在：分析和工艺的结合， 节点 、 索 头 和 张 拉 机 具 的 结 合， 刚构和拉 艺， 及从分析到制作 、 安装和张拉的全过程施工控制 。 索施工的结合， ［关键词］ 大跨空间钢结构；预应力；拉索；施工技术 ［中图分类号］ TU758. 166 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 10028498 （ 2011 ） 09010108