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大跨度空间钢结构施工技术获新突破

发布日期:2017-7-4

 前不久,《大跨度空间钢结构 预应力施工技术研究与应用》通过了2010年度国家科学技术进步奖的初评。该项技术的应用在一定程度上解决了大跨度空间钢结构施工的难题,并对钢结构施工领域新技术的研发和应用起到了积极推进作用。

  据清华大学一位钢结构专家介绍说,预应力钢结构是在对结构施加荷载之前,经过预加应力来调整结构内力分布,以充分发挥材料强度或增大结构刚度的一种钢 结构。其涉及到预应力施工技术研究与应用,有张弦桁架、掌拱、斜柱风格等多项施工技术。预应力钢结构通过预加力作用可以改善结构的受力状态,降低内力峰 值。预加力可以平衡内部作用在构件上的荷载,因而能减小构件的截面积,节约用钢量。同时,钢结构在施加预应力后,能使钢材的拉、压强度在同一构件中得到充 分利用,大幅度提高弹性承载能力。预应力钢结构在20世纪50年代就已出现,近年来,由于高强钢索 、纤维增强薄膜等新型材料以及大跨度空间钢结构逐渐增多,预应力钢结构得到广泛应用。如获得中国建筑钢结构金奖的郑州新郑国际机场航站楼。该航站楼屋盖钢 结构采用曲线箱型梁与空间拉索组合结构体系,设计新颖,造型独特。该结构把刚性拱和柔性索结合起来以共同抵抗外荷载作用,刚柔相济,既发挥了高强钢索的抗 拉性能,又充分利用了拱的压弯能力。

  据了解,预应力钢结构工程在2010年上海世博工程中也有应用,如世博主题馆的钢结构施工就采用了此项技术。主题馆屋面主体结构分别采用的是张弦桁架 结构和普通钢桁架结构,要进行跨度达126米的跨双索张弦桁架预应力拉索施工。施工中要求单榀张弦桁架双索张拉的同步性索力均匀,面临着非平面布置的檩条 和交叉撑安装时机选择、相邻长弦桁架索力等问题。此项工程的承建方宝冶集团与东南大学在施工前就应用先进软件进行张弦桁架结构科学分析,模拟施工全过程, 分析掌握了大量的数据。通过有限元建模进行张拉施工全过程分析,对不同工况下索的施工张拉力以及结构变形,对工程张弦桁架施工遇到的各榀桁架依次张拉,双 索同步张拉、折线形索各索段索力均匀性、索力监测等关键问题形成了解决方案,并在施工中取得了预期的效果。

  有关钢结构专家介绍说,《大跨度空间钢结构预应力施工技术研究与应用》成果,在理论上,符合钢结构成型理论中的兼并功能、材料集中使用、建立张力体 系、引入预应力、提高抗震性等诸多原则,具有先进性。在实际运用中,达到了结构加工批量化、构件整体化、施工装配化。预应力钢结构的构件在工厂生产与组 装,在工地组拼成部件或整体,屋盖体一次吊装就位,可以进行安全、快速的文明施工。在低碳环保上,一些新技术的采用,使施工材料可以得到充分合理的使用, 降低了碳排放,减少了能源消耗,具有良好的应用前景。