预应力钢结构施工方法与特点介绍

    预应力钢结构是在工程结构构件承受外荷载之前，对受拉模块中的钢筋，施加预压应力，提高构件的刚度，推迟裂缝出现的时间，增加构件的耐久性；对于机械结构来看，其含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形这样做可以明显改善受拉模块的弹性强度，使原本的抗性更强。

    钢结构建立预应力的方法主要有三种：

    ①张拉设在钢结构里或外的柔性杆，对结构或构件的整体或一部分建立初应力，柔性杆通常采用高强度钢丝束（绳）或圆钢。这时柔性杆的初应力是受拉；结构或构件的初应力是一部分受压、一部分受拉。这些初应力彼此相互平衡，当与荷载引起的应力叠加时，柔性拉杆的应力增加，而结构或构件各部分的应力将小于相应非预应力结构或构件的实际应力，从而可减小截面。实质上这是利用抗拉强度很高的钢材代替一部分普通钢材，是工程中应用较多的方法。

    ②在超静定结构安装时，升高或降低某些支座以建立预应力。如两跨连续梁，先降低中间支座建立初弯矩，当与荷载引起的弯矩叠加时，可减小起控制作用的支座弯矩，从而节约钢材。

    ③强制结构部件在有弹性变形状态下进行组装，利用恢复变形的能力以建立预应力。如由两根T形钢组成的I形钢梁,先对I形钢反向施加预顶力后,将两根T形钢焊接成整体；整体梁在卸除预顶力后即建立起预应力，该预应力在梁截面的中间部分与荷载引起的应力同号，但上、下翼缘与荷载引起的应力异号；预应力与荷载引起的应力叠加所得梁截面的应力较均匀，上、下翼缘的最大应力较小，从而提高了梁的承载能力，节约了钢材。

　　预应力的建立可以一次完成，也可随结构或构件上荷载的增加而分阶段多次完成。前者称为单次预应力，后者称为多次预应力。多次预应力钢结构常比单次预应力钢结构受力更合理，材料利用更充分；但技术要求较高，施工也复杂。

　　与非预应力钢结构相比较，预应力钢结构还可扩大结构或构件的弹性工作范围，减小挠度，更有效地利用高强度钢材,从而改善结构或构件的工作状况。但是,建立钢结构预应力常需设置柔性拉杆的支承脚和锚固夹头等附加零件，致使结构或构件的构造复杂，制造和安装费工。此外，复杂的结构构造和高应力状态下高强度钢的应用，往往使结构或构件的应力集中和加大脆性断裂的可能性。对柔性拉杆的防腐和防火也需要予以重视。

　　在设计预应力钢结构及计算其整体和各部件的强度、稳定和变形时，不但应考虑结构在制造、运输、安装和使用过程中各种荷载的作用，而且还应考虑预应力的作用，以保证结构的安全和正常使用。

预应力钢结构的特点         

　　一是可以充分、反复地利用钢材弹性强度幅值，从而提高结构承载能力。传统钢结构的承载力是从材料的零应力状态开始，逐渐加 载而达到材料设计强度而终止受力的，其承载力即为结构承受各种荷载的总和。而预应力钢结构承载力则始于预应力产生的负应力状态。预应力钢结构受载后，材料 经过负应力→零应力→正应力→设计强度应力，达到结构的承载力终值。所以，结构承载力提高部分是由材料从负应力至零应力这一阶段贡献的。多次预应力钢结构 具有多次从负应力至零应力的受载过程，因此，其能多次作出贡献，所以具有更大的承载能力。

　　二是可以改善结构受力状态，降低应力峰值。譬如，受弯构件中的峰值弯矩，可以通过增加撑杆施加预应力，将部分弯矩转换为轴向力。因此，将弯矩峰值降低，并减小构件截面，甚至利用预应力技术创造出零弯矩的横向结构体系，如索穹顶。

　　三是可以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，可以提高结构稳定性。预应力可以调整结构循环应力特征而提高疲劳强度。降低结构自重而减小地震荷载，从而提高其抗震性能等。

　　四是可以降低用钢量，节约成本。挖掘钢材强度潜力，改善结构边界条件，优化结构杆件、截面尺寸，创新承重结构体系等优势的总和，必然反映在降低钢材总量 上。在保证结构承载和使用功能的前提下，节约材料消耗量、降低成本，就是设计人员在本职工作中体现“低碳经济”、“绿色建筑”理念的大事。