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目录 3

第一篇 总论 3

第一章 绪论 3

1.1 预应力技术源于生活经验 3

1.2 预应力钢结构的发展历程 6

1.2.1 初创期（二战后～1960年前后）——探索与前进 6

1.2.2 发展期（1960年前后～20世纪80年代中期） 10

——发展与突破 10

1.2.3 繁荣期（20世纪80年代末期～21世纪初）——繁荣与创新 15

1.3 预应力钢结构的主要特点和经济效益 20

1.3.1 预应力钢结构主要特点 20

1.3.2 预应力钢结构的经济效益 22

1.4 预应力钢结构的适用范围和开发前景 26

参考文献 28

第二章 预应力钢结构设计基本原理和方法 30

2.1 预应力钢结构的工作机理 30

2.1.1 力的重复 30

2.1.3 力的质变 31

2.1.2 力的转移 31

2.1.4 力的优选 32

2.2 预应力钢结构的加载方案 32

2.2.1 先张法 33

2.2.2 中张法 33

2.2.3 多张法 34

2.3 多次预应力的特点和基本原理 34

2.4 施加预应力的主要方法 39

2.4.1 拉索法 39

2.4.2 支座位移法 41

2.4.3 弹性变形法 43

2.5 预应力钢结构的设计计算原则 45

参考文献 48

第二篇 平面承重结构体系 53

第三章 预应力轴心受拉构件的计算和设计 53

3.1 拉杆结构构造特点 53

3.2.1 先张法 55

3.2 拉杆的受力与强度计算 55

3.2.2 中张法 57

3.2.3 强度验算 58

3.3 钢拉杆的整体稳定性 59

3.3.1 无膈板钢拉杆的临界荷载值（n＝1） 59

3.3.2 单膈板钢拉杆的临界荷载值（n＝2） 60

3.3.3 （n－1）个膈板的拉杆临界荷载值（n＝n） 61

3.4 应力松弛和内力损失 63

3.5 预应力钢拉杆设计算例和经济分析 65

3.6 预应力钢拉杆的试验研究和工程应用 68

参考文献 73

第四章 预应力轴心受压构件的计算和设计 75

4.1 前言 75

4.2 压杆构造与选型 75

4.2.1 杆件组成 76

4.2.2 结构选型 77

4.3 计算方法 77

4.3.2 能量法 78

4.3.1 静力法 78

4.4 另类预应力钢压杆的计算与分析 85

4.4.1 局部预应力钢压杆 85

4.4.2 平行索预应力钢压杆 89

4.5 预应力钢压杆的试验研究工作 90

4.6 预应力钢压杆的工程应用概况 93

参考文献 94

第五章 预应力实腹梁 95

5.1 拉索预应力梁的构造 95

5.1.1 简支梁的布索方案 95

5.1.2 连续梁布索方案 96

5.1.3 梁的截面形式 96

5.1.4 梁的节点构造 97

5.2 预应力钢梁的弹性计算 99

5.3 预应力钢梁的刚度验算 102

5.4.1 荷载作用下的塑性受力 103

12.2.2 斜拉网架（网壳）结构的有限元分析 103

5.4 预应力钢梁的塑性计算 103

5.4.2 预应力态下的塑性受力 104

5.5 预应力钢梁设计算例 105

5.4.3 两种塑性受力状态的比较 105

5.6 弹性变形组合梁受力特点 108

5.7 支座位移法的预应力连续梁 112

5.8 预应力钢梁的试验研究工作 114

5.9 国内外工程应用实例 118

参考文献 120

第六章 拉索预应力钢桁架 121

6.1 概述 121

6.2 桁架的形式 122

6.3 桁架的构造 123

6.4 单次预应力桁架的计算与设计 124

6.5 预应力立体钢桁架方案设计 127

6.5.2 桁架的几何尺寸和腹杆体系 128

6.5.1 结构的合理截面形式 128

6.5.3 布索方案的选择 129

6.5.4 加载方案与荷载划分 131

6.5.5 柱距及荷载力度 132

6.5.6 桁架构造方案分析 132

6.5.7 分析结论 134

6.6 多次预应力钢桁架的理论与试验工作 134

6.6.1 多次预应力工艺的适用条件 134

6.6.2 多次预应力桁架的加载与计算 135

6.6.3 多次预应力桁架合理形式探讨 140

6.6.4 多次预应力钢桁架模型试验研究 144

6.7.1 试验研究工作 150

6.7 预应力钢桁架的试验研究与工程应用 150

6.7.2 工程应用 151

参考文献 154

7.1 预应力拱架结构 156

7.1.1 拱架结构的力学特点 156

第七章 预应力大跨平面结构 156

7.1.2 预应力索拱结构体系 157

7.1.3 支座位移法Strarch拱架结构 159

7.1.4 其他预应力拱式结构 163

7.1.5 工程实例 163

7.2 预应力框架结构 165

7.2.1 结构图形及预应力方法 165

7.2.2 预应力效应及经济分析 167

7.2.3 预应力框架结构例证分析 169

7.3 吊挂结构 172

7.3.1 吊挂结构的特点 172

7.3.2 吊挂结构的类型 172

7.3.4 吊挂结构的工程实例 173

7.3.3 吊挂结构的设计原则 173

7.4 索绳结构体系 176

7.4.1 索弦屋盖结构（String Roof Structure）的应用 177

7.4.2 索弦屋盖结构的构造 178

参考文献 179

第三篇 空间承重结构体系 183

第八章 预应力空间钢结构的特点与分类 183

8.1 预应力空间钢结构的诞生与发展 183

8.2 预应力空间钢结构的特点 184

8.3.1 传统结构型 186

8.3 预应力空间钢结构的类型及典型工程 186

8.3.2 吊挂结构型 191

8.3.3 整体张拉型 194

8.3.4 张力金属膜型 197

参考文献 200

第九章 预应力网架结构 201

9.1 发展概况及工程应用 201

9.2 预应力网架结构的分类和特点 202

9.2.1 按施加预应力方法分类 202

9.2.2 按网架结构形式分类 203

9.2.3 按施加预应力次数分类 203

9.3 预应力网架的布索方案 204

9.3.1 布索原则 204

9.3.2 布索方案 204

9.4 预应力网架静力分析的有限元法 206

9.4.1 空间杆单元的刚度矩阵 206

9.4.2 空间直线索单元的刚度矩阵 207

9.4.3 预应力网架的静力分析 207

9.4.4 预应力对网架结构静力特性的影响 208

9.5 预应力网架的抗震计算 210

9.5.1 计算模型的基本假定 210

9.5.2 振动方程及其求解 211

9.5.3 动力特性分析 211

9.5.4 用振型分解反应谱法求地震反应 212

9.6 预应力网架的杆件设计 215

9.6.1 预张力分项系数和杆件组合内力设计值的确定 216

9.6.2 预应力网架的杆件截面设计 217

参考文献 218

10.1.1 发展概况 220

10.1.2 研究现状 220

10.1 预应力网壳结构的发展概况、研究现状和工程应用 220

第十章 预应力网壳结构 220

10.1.3 工程应用 222

10.2 预应力网壳结构的分类和特点 223

10.2.1 按建立预应力的方法分类 223

10.2.2 按施加预应力的阶次分类 225

10.2.3 按网壳曲面的外形分类 225

10.2.4 按网格的形式分类 228

10.3.2 预应力网壳的布索原则 230

10.3.1 网壳的预加应力体系 230

10.3 网壳的预加应力体系及布索方案 230

10.3.3 各种形式网壳的布索方案 231

10.4 预应力网壳的设计内容与要求 236

10.5 预应力网壳静力分析的有限元法 236

10.5.1 空间铰接杆单元的弹性刚度矩阵 237

10.5.2 空间梁单元的弹性刚度矩阵 237

10.5.3 索单元的刚度矩阵 239

10.5.4 结构总刚度矩阵 247

10.5.5 静力平衡方程 248

10.5.6 网壳单元内力计算 249

10.5.7 程序编制和程序框图 250

10.5.8 有关问题的讨论和处理 252

10.6 预应力网壳的整体稳定性分析 253

10.6.1 概述 253

10.6.2 稳定分析的基本假定 255

10.6.3 空间铰两节点直线杆单元的切线刚度矩阵 256

10.6.4 空间梁单元切线刚度矩阵 259

10.6.5 空间两节点索单元切线刚度矩阵 268

10.6.6 稳定迭代方程 270

10.6.7 求解技术 272

10.6.8 临界点的判定和临界荷载的计算 278

10.6.9 预应力对网壳稳定性的作用 279

10.6.10 不同预加应力体系对网壳稳定性的影响 281

10.7 预应力网壳的动力特性及抗震计算 284

10.7.1 动力分析的基本假定 285

10.7.2 预应力网壳的动力特性分析 285

10.7.3 地震作用效应的时程分析法 292

10.8 预应力网壳的某些静力特性 294

10.8.1 概述 294

及其变形特点 295

10.8.2 预应力组合式穹顶网壳的内力分布规律 295

10.8.3 预应力组合式双曲扭网壳的内力分布规律 298

及其变形特点 298

10.8.4 网壳不同布索方案的预应力效应与比值 302

10.8.5 加载顺序的确定和索力力度的选择 303

10.8.6 预应力对局部单双层网壳结构构成的作用 305

10.8.7 支座约束变化与结构计算简图 307

10.8.8 单次预应力与多次预应力不同效应的对比 308

10.9 预应力网壳的杆件和节点设计 311

10.9.1 杆件设计 311

10.9.2 节点设计 312

10.10 预应力网壳的制作与施工要点 312

10.10.1 网壳的制作 312

10.10.2 网壳的拼装 313

10.10.4 网壳加载和预应力张拉 314

10.10.3 网壳的安装 314

10.11 超大跨度预应力空间网壳结构方案分析与经济比较 316

10.11.1 概述 316

10.11.2 结构形体的优选 316

10.11.3 结构体系选择 320

10.11.4 预应力问题 324

10.11.5 杆件与节点设计 326

10.11.6 试设计方案及其技术经济比较 329

与工程实践 332

10.12 我国两座多次预应力钢网壳工程的设计研究 332

10.11.7 初步结论 332

10.12.1 攀枝花体育馆多次预应力钢网壳工程设计 333

与试验研究 333

10.12.2 西昌铁路分局体育中心多次预应力钢网壳工程设计及施工 362

10.12.3 工程实践的主要经验与结论 369

参考文献 370

第十一章 张弦结构 375

11.1 概述 375

11.2 张弦穹顶 377

11.2.1 张弦穹顶的特点 378

11.2.2 张弦穹顶的研究现状 378

11.3 张弦结构（张弦梁和张弦桁架） 380

11.4 张弦结构的找形分析 382

11.5 张弦穹顶预应力的设定 383

11.5.1 预应力力度的设定原则 384

11.5.2 静力分析及预拉力的确定 386

11.6 张弦穹顶的静力分析 387

11.7 张弦穹顶的稳定分析 391

11.7.1 网壳稳定性非线性有限元程序的编制 391

11.7.2 稳定性算例 391

11.7.3 极值点失稳算例 391

11.7.4 分枝点失稳算例 392

11.7.5 非线性屈曲 393

11.7.6 初始缺陷的影响 396

参考文献 397

第十二章 吊挂结构 398

12.1 概述 398

12.2 斜拉网架（网壳）结构 400

12.2.1 结构选型 401

12.2.3 斜拉网架（网壳）结构的设计与施工 405

12.3 拱支网架（网壳）结构 407

12.4 悬索网架（网壳）结构 408

12.4.1 结构选型 408

12.4.2 悬索网架（网壳）结构的有限元分析 409

12.4.3 悬索网架（网壳）结构的设计与施工 410

参考文献 412

13.1.1 索穹顶结构的发展 413

第十三章 索穹顶结构 413

13.1 索穹顶结构的发展、特点和研究现状 413

13.1.2 索穹顶结构的特点 414

13.1.3 索穹顶结构的研究现状 415

13.2 索穹顶结构的分类 415

13.2.1 按网格组成分 415

13.2.2 按封闭情况分 417

13.2.3 按覆盖层材料分 419

13.3 索穹顶结构的找形分析 420

13.3.1 概述 420

13.3.2 空间铰接杆系的分类 422

13.3.3 体系的机构位移模态和自应力模态 424

13.3.4 体系的几何稳定性判定及其算例 425

13.3.5 体系的预应力分布计算及其算例 429

13.4 索穹顶结构受力分析的非线性有限元法 433

13.4.1 概述 433

13.4.2 两节点曲线索的非线性单元 435

13.4.3 索穹顶结构的静力平衡方程、解法及其算例 440

13.4.4 索穹顶结构动力特性的有限元法分析及算例 444

13.5 索穹顶结构在轴对称荷载作用下的实用计算 448

13.5.1 计算模型及假定 448

13.5.2 基本方程 449

13.5.3 静力计算 452

13.5.4 动力特性计算 454

13.5.5 示例计算 455

13.5.6 其他有关计算的处理 456

参考文献 457

第十四章 索膜（张拉膜）结构 461

14.1 概述 461

14.2 国外的发展与工程应用 462

14.3 膜面材料 464

14.3.1 基布的材料 464

14.3.2 涂层的材料 465

14.3.3 面层的材料 465

14.4 膜材料的性能实验 465

14.5.2 找形分析 467

14.5 索膜结构的分析与设计 467

14.5.1 方案设计 467

14.5.3 荷载分析 468

14.5.4 剪裁分析 468

14.6 我国索膜结构的工程实例 468

参考文献 470

第四篇 特种承重结构体系 475

第十五章 预应力轻型钢结构 475

15.1 概述 475

15.2 轻钢结构的概念及已有形式 476

15.3 可采用预应力技术的结构形式 478

15.3.1 实腹梁 478

15.3.2 蜂窝梁 479

15.3.3 轻型桁架 481

15.3.4 轴向压杆 482

15.3.5 门式刚架 483

15.3.6 拱式结构 485

15.4 预应力技术简易施工法 486

15.4.1 拉索法 486

15.4.2 弹性变形法 488

15.4.3 强迫位移法 488

15.5 预应力轻钢结构的应用与工程实例 488

15.5.1 英国因莫斯（Inmos）微型集成电路工厂（1982） 488

15.5.2 雷诺汽车公司英国服务中心（1983） 489

15.5.4 清华大学预应力轻钢刚架设计（2002） 490

15.5.3 德国立体钢管桁架体育馆 490

参考文献 491

第十六章 预应力高耸钢结构 493

16.1 自立式预应力塔架 493

16.1.1 预应力无线电塔架 494

16.1.2 化工尾气排放塔 494

16.2 缆索式预应力塔桅 497

16.2.1 预应力标准桅杆塔 498

16.2.2 预应力压杆桅塔 499

16.2.3 巴塞罗那通讯桅塔 500

16.2.4 伦敦国际博览会会标塔 502

16.2.5 高压输电线路塔架 503

16.3 楼顶塔架 506

16.3.1 悉尼广播电视塔 506

16.3.2 华北电力调度微波塔 507

参考文献 508

第十七章 预应力钢板结构 510

17.1 概况 510

17.2 预应力圆柱筒壳的受力计算 511

17.3 预应力筒壳的稳定性 513

17.4 预应力竖式储液库设计 515

17.5 工程设计与实践 516

17.5.1 储氨罐设计 516

17.5.3 大型储液库 517

17.5.2 竖式高压容器 517

17.5.4 大直径管线敷设 518

17.6 预应力薄板结构的新发展 519

17.6.1 预应力屋盖板 519

17.6.2 预应力块体屋架梁 520

17.6.3 屋盖薄壳 522

17.6.4 悬膜屋盖 522

参考文献 525

第十八章 预应力桥跨结构 526

18.1 概述 526

18.2 目的与手段 527

18.3 拉索法调整实腹梁内力 528

18.4 拉索法在格构梁中的应用 530

18.5 平衡重法调整梁跨结构内力 531

18.6 采用索桁架穿越超大跨度 532

18.6.1 水电工程运料索桥 532

18.6.2 输气管道线路桥 533

18.7 用拉索提高结构刚度 534

18.8 用拉索直接承载 535

18.9 用拉索改进与创新钢结构 536

18.9.1 扩大传统结构跨度 536

18.9.2 改善结构受力方式 536

参考文献 537

19.1.1 钢结构需加固改建的原因 541

19.1 概论 541

第十九章 预应力技术加固钢结构 541

第五篇 加固与改建 541

19.1.2 加固施工态势 542

19.1.3 加固技术措施 542

19.1.4 加固准备工作 543

19.2 加固钢结构的特点与方法 543

19.2.1 发展概述 543

19.2.2 预应力加固钢结构的优点及分类 545

19.3 非高强索的加固方案 546

19.3.1 调整荷载简图法 546

19.3.2 辅助荷载卸载法 547

19.3.4 弯矩卸载法 548

19.3.3 支座位移法 548

19.3.5 顶压撑杆法 549

19.4 利用高强索的加固方案 550

19.4.1 用高强索加固结构和杆件截面 550

19.4.2 改变结构的计算图形 550

19.4.3 改善结构边界条件提高刚度 552

19.5 用高强钢材进行预应力加固的设计与计算 553

19.5.1 轴向拉杆的计算 553

19.5.2 轴向压杆的加固 555

19.5.3 横向受弯构件的加固 556

19.5.4 用拉索加固桥跨刚度 557

参考文献 557