預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的原理
一、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的原理與狀態(tài)
（一）預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的基本原理
預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的基本原理就是針對普通鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，人為地在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件較大受力部位，引入與荷載作用下符號相反的預(yù)麻力，使結(jié)構(gòu)承使用荷載后，構(gòu)件的內(nèi)力抵消一部分或大部分，變形也相應(yīng)隨之減少，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形式更合理、更經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。按照預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工工藝來分，剛性結(jié)構(gòu)和半剛性結(jié)構(gòu)可歸為一類，柔性結(jié)構(gòu)歸為另一類。剛性結(jié)構(gòu)和半剛性結(jié)構(gòu)有相對獨(dú)立的桿件結(jié)構(gòu)剛度，當(dāng)索中預(yù)應(yīng)力失效時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度減小，但桿件結(jié)構(gòu)剛度仍存在。因此剛性結(jié)構(gòu)和半剛性結(jié)構(gòu)旖工工藝計(jì)算模型可以分解為索對桿件部分結(jié)構(gòu)的作用，懸掛體系、斜拉體系、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和張弦梁屋架都具備可劃分出相對獨(dú)立的桿件部分結(jié)構(gòu)的特性。柔性結(jié)構(gòu)不同于剛性結(jié)構(gòu)和半剛性結(jié)構(gòu)，它僅在預(yù)應(yīng)力作用下才形成有剛度的結(jié)構(gòu)，不能劃分出相對獨(dú)立的桿件部分結(jié)構(gòu)，它的設(shè)計(jì)和施工計(jì)算都需確定結(jié)構(gòu)形狀，因此柔性結(jié)構(gòu)施工完全不同于剛性結(jié)構(gòu)和半剛性結(jié)構(gòu)施工。
（二）預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的狀態(tài)
預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)狀態(tài)要素考慮是指索力和結(jié)構(gòu)幾何形狀，為了便于分析和敘述，可以定義預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)如下的三種不同狀態(tài)：
1、零狀態(tài)：零狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)是加工放樣后的構(gòu)件集合體。零狀態(tài)時(shí)不存在預(yù)應(yīng)力，不存在外部荷載和自重的作用，結(jié)構(gòu)零狀態(tài)的桿件部分形狀和幾何尺寸是由設(shè)計(jì)圖紙給定的。
2、初始狀態(tài)：初始狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)安裝就位張拉后僅在預(yù)應(yīng)力和自重作用下自平衡狀態(tài)。不考慮外部荷載的作用。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)僅有預(yù)慮力和結(jié)構(gòu)自重作用，實(shí)際上就是預(yù)應(yīng)力施工張拉狀態(tài)，此狀態(tài)的索力和幾何形狀分別是施工張拉時(shí)的索張拉力控制值和位移監(jiān)控值。
3、工作狀態(tài)：工作狀態(tài)指結(jié)構(gòu)投入使用在外部作用下所達(dá)到的平衡狀態(tài)。通常，外部作用下的工作狀態(tài)位移，由設(shè)計(jì)方提供說明和要求。
二、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的施工流程與控制設(shè)計(jì)
（一）預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的施工流程
現(xiàn)以長沙會(huì)展中心展覽大廳來說明預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)，展覽大廳是一個(gè)斜拉索和張弦桁架相結(jié)合的復(fù)雜空間預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。施工過程如下：
（1）在地面抬模上拼裝屋架的張弦桁架跨段；張拉下弦索，張弦梁跨中起拱到預(yù)定量；
（2）起吊、安裝張弦桁架跨段，二端電焊連結(jié)；
（3）張拉斜索，使屋架位移控制點(diǎn)起拱到預(yù)定量；
（4）拆除支撐，然后安裝屋面板和設(shè)備。
從上述的施工過程中可以歸納出預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）預(yù)應(yīng)力施工會(huì)有階段性，可以是嵌套形式；
（2）需要確定一個(gè)形狀控制為索張拉目標(biāo)，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)的索力目標(biāo)控制索力，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)控制點(diǎn)位移為目標(biāo)控制位移，即初始狀態(tài)；
（3）控制索力往往是幾個(gè)，甚至是十幾個(gè)以上。由于實(shí)際張拉設(shè)備有限，不可能所有索同時(shí)張拉，因此必須制定使用少數(shù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)目標(biāo)控制索力和目標(biāo)控制位移的張拉方案。