摘要
预应力技术可以改善钢结构的强度、刚度和稳定性,调整钢结构的动力性能。本文通过分析预应力钢结构的受力机理和加载方案,针对桥式起重机箱型梁设计了预应力结构型式,经过静力和动力计算,推导出符合国家规范且能在工程上推广应用的预应力计算公式和方法。总结出预应力箱型梁的静强度、刚度、疲劳强度等力学性能均优于同类型普通箱型梁,且预应力箱型梁可以通过调整频率,改善动力性能。另外,在对拉索进行了非线性分析计算后,结合工程上的具体情况,提出了利用挠度进行预应力控制的实用方法,且在此基础上推导出工程上简单易行的拉索预应力计算公式和拉索自应力计算公式。指出工程上可以通过引入自应力系数β,快速安全地将自应力的非线性计算简化为线性计算。
1 绪论
1.1 前言
预应力技求出现很早,它具有可以扩大材料的弹性工作范围,提高结构承载能力和减小结构变形等优点。预应力钢结构研究受到各国学者的重视,研究工作不断深入。预应力技术在钢结构中的应用越来越广泛,而且已经发展成为一门新的专门学科。与普通钢结构相比,预应力钢结构具有以下优点:
1.充分利用材料强度潜力,以提高承载力。
2.改善结构的受力状态以节约钢材。
3.提高结构的刚度和稳定性,调整其动力性能。
因此,在我国钢结构日益发展的形势下,大力开展预应力钢结构计算理论和设计方法的研究,寻求和掌握节约钢材的理论和途径,并创建新的更为合理的钢结构体系是我国当代科技工作者的历史责任,其意义是很深远的。
而箱型梁金属结构是工程中应用最普遍的承力结构,其具有断面形状规范、结构紧凑、稳定性好、承载能力大及加工制造方便等优点,为起重机械广泛采用。图1-1给出几种箱形梁的截面形式。其中(图1-1a,b)图都是单箱形,其翼缘分别不设或设有纵向加劲肋;(图1-1c)图则为双箱形,两个箱形截面的上翼缘和带有纵向加劲肋的板连成一体,并有悬伸部分。箱形梁能够比较充分地发挥钢材的效益,因此,耗钢少而重量轻。翼缘板的纵向加劲肋一起受力是有效利用钢材的原因之一。由于翼缘两边都连于腹领,还时常配以纵向加劲,板的厚落可以用得小些,钢材质量容易保证。箱型梁的抗扭性能也比较好。此外,梁的外表平整,不仅美观还有利于防锈,维修费用低。
所以,针对起重机箱型梁进行预应力的研究,具有十分重要的现实意义和实用价值。
Prestressed technology can improve the strength and rigidity and stability, and adjust the dynamic performance of steel structure. Based on the analysis of stress theory and loading draft of prestressed steel structure, a kind of prestressed structure had been designed for bridge crane box girder. Through the static and dynamic computation, the prestressing formula and the method had been derived and had been extended to application because of they conform the national normative law , and inferred the conclusion that the static strength and rigidity and stability and fatigue strength of the prestressed crane-box-girder is further more advancement compare to the general crane-box-girder, and the dynamic performance had been improved by control the frequency of the prestressed-crane-box-girder. Further more, through the nonlinear analysis and computation on bracing wire, and combined with the concrete engineering case, a applicable prestressing-control-method of deflection had been induced that can derive the computation of prestressed force and self-prestressed force on bracing wire. Based on it, the self-prestressed force nonlinear-computation can simplify to the linear-computation quickly and safely through inducting the coefficient ( ) of the self-prestressed force. So, we can improve the performance of crane-box-girder at any time.
引文
[1] 杨宗放,郭正兴.钢结构预应力施工的发展与创新[J].施工技术,2002,11
[2] 董石麟.预应力大跨度空间钢结构的应用与展望[J].空间结构,2001,12
[3] 马克俭,安竹石.江绍灰等.异钢种预应力网壳结构研究、应用与特点[J].贵州工学院学报,1996,6
[4] 舒赣平,吕志涛,段建中.预应力连续钢梁的理论分析与试验研究[J].东南大学学报,1994.5
[5] 罗明贵,孙长军,瞿玲.预应力技术在钢结构中的应用[J].建筑技术.1999,12
[6] 陆赐麟.预应力钢结构技术讲座(1)[J].钢结构.1997,4:50-51
[7] Camp,C.,Pezeshk,S.,and Cao,G.(1998).Optimized design of two dimensional structures using genetic algorithm. J. Struct.Engrg.,ASCE, 124(5),551-559
[8] Cohn,M.Z, and Dinovitzer, A.S.(1994).Application of structural optimization. J. Struct. Engrg., ASCE, 120(2),617-650
[9] Haftka, R. T, Gurdal,Z.,and Kamat, M.P(1990).Elements of structural optimization.2nd ED.,Kluwer, Dordrecht The Netherlands
[10 Adeli,H.,ed.(1994).Advances in design optimization. E & F N Spon. London
[11] Jendo,S.(1990).Multiobjective optimization. Structural optimization, Vol.2, M. Save and W.Plenum, eds.,Plenum Press,New York,311-341
[12] Koski,L(1994).Multicriterion structural optimization. Advances in design optimization. H. Adeli, ed.,E & F N Spon. London, 194-224
[13] Manual of steel construction (1995). 9th ED., American Institute of Steel Construction, chicago
[14] Schoenauer, M.,and Xanthakis, S.(1993). Constrained GA optimization. Proc., 5th Int. Conf. on Genetic Algorithms,S. Forrest, ed.,Morgan Kaufinann Publishers,Inc.,Los Altos,Calif.,573-580
[15] Kim,J.H.,alld Myung, H.(1997). Evolutionary programming techniques for constrained optimization problems. IEEE Trans. on Evolutionary Computation, 1 (2), 129-140
[16] Sarma, K. C.,and Adefi,H.(2000a). Cost optimization of steel structures. Eugrg. Optimization, 32(6)
[17] 陈绍藩.钢结构设计原理(第二版)[M].北京:科学出版社,1998.411
[18] 杨宗放.预应力技术在钢结构与空间结构中的应用与发展[J].建筑技术,2001,12
[19] 陆赐麟.预应力钢结构发展50年[J].钢结构,2002,4:32-36
[20] 陆赐麟.预应力钢结构学科的新成就及其在我国的工程实践[J].土木工程学报,1999,3:3-10
[21] 丁阳喜,陈祖道.预应力张拉修复桥式起重机主梁下挠以提高承载能力[J].华东交通大学学报,1999,1:42-49
[22] 秦春浩.预应力法修复桥式起重机主梁下挠[J].化工生产与技术,1999,1:47-51
[23] 杨树松.预应力张拉器新技术修复桥式起重机主梁下挠[J].应用技术研究,2001,9:6-9
[24] 姜晓青.采用预应力处理桥式起重机下挠计算[J].中国矿业,2000,9:745-746
[25] 马素兰,郑敏航,高虹.桥式起重机主梁变形的预应力矫正法[J].辽宁工学院学报,2000.3:29-30
[26] 王多银,陈嘉勤.港口桥吊后张预应力起重机梁的模型试验研究[J].水运工程,1998,1:16-20
[27] 张质文,虞和谦,王金诺,包起帆.起重机设计手册[M].北京:中国铁道出版社,1998
[28] 中华人民共和国国家标准GB3811-1983,起重机设计规范.北京:中国标准出版社
[29] 中华人民共和国国家标准GBJ17-1988,钢结构设计规范.北京:中国标准出版社
[30] 交通部水运司.港口起重运输机械设计手册[M].北京:人民交通出版社,2001
[31] 黄旻舒.起重机箱型梁弹塑性控制设计的研究[J].钢结构,2003,3:42-45
[32] 陆赐麟.预应力钢结构技术讲座(2)[J].钢结构,1998,1:52-59
[33] 陆赐麟.预应力钢结构技术讲座(3-2)[J].钢结构,1998,4:54-59
[34] 中华人民共和国国家标准GB6067-1985,起重机械安全规程.北京:中国标准出版社
[35] 中华人民共和国国家标准GB5905-1986,起重机械试验规范和程序.北京:中国标准出版社
[36] (得)D.拉达伊.焊接结构疲劳强度[M].北京:机械工业出版社,1994,1-17
[37] 戴少度.材料力学[M].北京:国防工业出版社,2000
[38] 陈惠玲,叶富葆,杨华仕.高效预应力结构设计施工实例应用手册[M].中国建筑工业出版社,1997
[39] 单圣涤,李云飞,陈洁余.悬索曲线理论及其应用[M].长沙:湖南科学技术出版社,1983
[40] 贾艳敏,盖秉政,张印阁等.预应力钢箱梁的非线性分析[J].哈尔滨工业大学学报,2002,3:352-354
[41] 宋一凡.预应力钢梁桥的动力分析[J].西安公路交通大学学报,2000,4:23-25
[42] 徐克晋.金属结构[M].机械工业出版社,1983
[43] 王国周,瞿履谦.钢结构原理与设计[M].清华大学出版社,1993
[44] 交通部.公路桥梁施工技术规范[S].北京:交通出版社,1994
[45] Adeli,H.,and Cheng,N.-T.(1994). Augrnented Lagarangian genetic algorithm for structural optimization. J. Aerosp. Engrg., ASCE, 7(1), 104-118
[46] Adeli,H.,and Kamal,O. (1986). Efficient optimization of Space trusses. Comp. And Struct.,24(3),501-511
[47] Sarma, K.C.,and Adeli,H.(1998).Cost optimization of concrete structures. J. Struct. Engrg. ASCE, 124(5), 570-579
[48] Yeh,Y.,and Hsu,D. (1990). Structural optimization with fuzzy parameters. Comp. and Struct.37(6),917-924