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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）——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 26

1.5　预应力钢结构的发展方向及前景 28

参考文献 32

第二章　预应力钢结构设计基本原理和方法 33

2.1 预应力钢结构的工作机理 33

2.1.1 力的重复 33

2.1.2　力的转移 34

2.1.3 力的质变 34

2.1.4 力的优选 35

2.2 预应力钢结构的加载方案 35

2.2.1 先张法 36

2.2.2 中张法 36

2.3 多次预应力的特点和基本原理 37

2.2.3 多张法 37

2.4　施加预应力的主要方法 42

2.4.1 拉索法 42

2.4.2 位移法 44

2.4.3　弹性变形法 46

2.5　预应力钢结构的设计计算原则 48

参考文献 52

第二篇　平面承重结构体系 55

第三章　预应力轴心受拉构件的计算和设计 55

3.1　拉杆结构构造特点 55

3.2.1 先张法 57

3.2　拉杆的受力与强度计算 57

3.2.2 中张法 59

3.2.3　强度验算 60

3.3　钢拉杆的整体稳定性 61

3.3.1　无膈板钢拉杆的临界荷载值（n=1） 61

3.3.2　单膈板钢拉杆的临界荷载值（n=2） 62

3.3.3 （n-1）个膈板的拉杆临界荷载值（n=n） 63

3.4　应力松弛和内力损失 65

3.5 预应力钢拉杆设计算例和经济分析 67

3.6　预应力钢拉杆的试验研究和工程应用 70

参考文献 75

4.1 前言 77

4.2　压杆构造与选型 77

第四章　预应力轴心受压构件的计算和设计 77

4.2.1 杆件组成 78

4.2.2 结构选型 79

4.3　计算方法 79

4.3.1 静力法 80

4.3.2 能量法 80

4.4 另类预应力钢压杆的计算与分析 87

4.4.1 局部预应力钢压杆 87

4.4.2　平行索预应力钢压杆 91

4.5 预应力钢压杆的试验研究工作 92

4.6　预应力钢压杆的工程应用概况 95

参考文献 96

第五章　预应力实腹梁 97

5.1 拉索预应力梁的构造 97

5.1.1 简支梁的布索方案 97

5.1.2　连续梁布索方案 98

5.1.3　梁的截面形式 98

5.1.4　梁的节点构造 99

5.2　预应力钢梁的弹性计算 101

5.3 预应力钢梁的刚度验算 104

5.4 预应力钢梁的塑性计算 105

5.4.1 荷载作用下的塑性受力 105

5.4.2　预应力态下的塑性受力 106

5.5　预应力钢梁设计算例 107

5.4.3　两种塑性受力状态的比较 107

5.6 弹性变形组合梁受力特点 110

5.7 支座位移法的预应力连续梁 114

5.8　预应力钢梁的试验研究工作 116

5.9 国内外工程应用实例 120

参考文献 122

第六章　拉索预应力钢桁架 123

6.1 概述 123

6.2　桁架的形式 124

6.3　桁架的构造 125

6.4　单次预应力桁架的计算与设计 126

6.5　预应力立体钢桁架方案设计 129

6.5.2　桁架的几何尺寸和腹杆体系 130

6.5.1　结构的合理截面形式 130

6.5.3　布索方案的选择 131

6.5.4　加载方案与荷载划分 133

6.5.5　柱距及荷载力度 134

6.5.6　桁架构造方案分析 134

6.5.7 分析结论 136

6.6 多次预应力钢桁架的理论与试验工作 136

6.6.1 多次预应力工艺的适用条件 136

6.6.2 多次预应力桁架的加载与计算 137

6.6.3 多次预应力桁架合理形式探讨 142

6.6.4 多次预应力钢桁架模型试验研究 146

6.7.1　试验研究工作 152

6.7 预应力钢桁架的试验研究与工程应用 152

6.7.2　工程应用 153

参考文献 156

第七章　预应力大跨平面结构 158

7.1　预应力拱架结构 158

7.1.1　拱架结构的力学特点 158

7.1.2　预应力索拱结构体系 159

7.1.3　支座位移法Strarch拱架结构 161

7.1.4　其他预应力拱式结构 165

7.1.5 工程实例 165

7.2.1 结构图形及预应力方法 167

7.2　预应力框架结构 167

7.2.2　预应力效应及经济分析 169

7.2.3　预应力框架结构例证分析 171

7.3 吊挂结构 174

7.3.1 吊挂结构的特点 174

7.3.2 吊挂结构的类型 174

7.3.3 吊挂结构的设计原则 175

7.3.4 吊挂结构的工程实例 175

7.4　索绳结构体系 178

7.4.1 索弦屋盖结构（String Roof Structure）的应用 179

7.4.2　索弦屋盖结构的构造 180

参考文献 181

8.1 预应力空间钢结构的诞生与发展 185

第三篇　空间承重结构体系 185

第八章 预应力空间钢结构的特点与分类 185

8.2　预应力空间钢结构的特点 186

8.3　预应力空间钢结构的类型及典型工程 188

8.3.1　传统结构型 188

8.3.2 吊挂结构型 193

8.3.3　整体张拉型 196

8.3.4　张力金属膜型 199

参考文献 202

第九章　预应力网架结构 203

9.1 发展概况及工程应用 203

9.2.1　按施加预应力方法分类 204

9.2　预应力网架结构的分类和特点 204

9.2.2　按网架结构形式分类 205

9.2.3　按施加预应力阶次分类 205

9.3　预应力网架的布索方案 206

9.3.1　布索原则 206

9.3.2　布索方案 206

9.4 预应力网架静力分析的有限元法 208

9.4.1 空间杆单元的刚度矩阵 208

9.4.2　空间直线索单元的刚度矩阵 209

9.4.3　预应力网架的静力分析 209

9.4.4 预应力对网架结构静力特性的影响 210

9.5.1　计算模型的基本假定 212

9.5　预应力网架的抗震计算 212

9.5.2　振动方程及其求解 213

9.5.3　动力特性分析 213

9.5.4　用振型分解反应谱法求地震反应 214

9.6　预应力网架的杆件设计 217

9.6.1 预张力分项系数和杆件组合内力设计值的确定 218

9.6.2　预应力网架的杆件截面设计 219

参考文献 220

第十章　预应力网壳结构 222

10.1 预应力网壳结构的发展概况、研究现状和工程应用 222

10.1.1 发展概况 222

10.1.2　研究现状 222

10.1.3 工程应用 224

10.2　预应力网壳结构的分类和特点 225

10.2.1　按建立预应力的方法分类 225

10.2.2　按施加预应力的阶次分类 227

10.2.3　按网壳曲面的外形分类 227

10.2.4　按网格的形式分类 230

10.3 网壳的预加应力体系及布索方案 232

10.3.1 网壳的预加应力体系 232

10.3.2　预应力网壳的布索原则 232

10.3.3　各种形式网壳的布索方案 233

10.4　预应力网壳的设计内容与要求 238

10.5　预应力网壳静力分析的有限元法 238

10.5.2　空间梁单元的弹性刚度矩阵 239

10.5.1 空间铰接杆单元的弹性刚度矩阵 239

10.5.3　索单元的刚度矩阵 241

10.5.4　结构总刚度矩阵 249

10.5.5　静力平衡方程 250

10.5.6 网壳单元内力计算 251

10.5.7　程序编制和程序框图 252

10.5.8　有关问题的讨论和处理 254

10.6　预应力网壳的整体稳定性分析 255

10.6.1 概述 255

10.6.2　稳定分析的基本假定 257

10.6.3　空间铰两节点直线杆单元的切线刚度矩阵 258

10.6.4　空间梁单元切线刚度矩阵 261

10.6.5　空间两节点索单元切线刚度矩阵 270

10.6.6　稳定迭代方程 272

10.6.7 求解技术 274

10.6.8　临界点的判定和临界荷载的计算 280

10.6.9　预应力对网壳稳定性的作用 281

10.6.10　不同预加应力体系对网壳稳定性的影响 283

10.7　预应力网壳的动力特性及抗震计算 286

10.7.1 动力分析的基本假定 287

10.7.2　预应力网壳的动力特性分析 287

10.7.3　地震作用效应的时程分析法 294

10.8　预应力网壳的某些静力特性 296

10.8.1　概述 296

10.8.2　预应力组合式穹顶网壳的内力分布规律及其变形特点 297

10.8.3 预应力组合式双曲扭网壳的内力分布规律及其变形特点 300

10.8.4 网壳不同布索方案的预应力效应与比值 304

10.8.5 加载顺序的确定和索力力度的选择 305

10.8.6　预应力对局部单双层网壳结构构成的作用 307

10.8.7 支座约束变化与结构计算简图 309

10.8.8　单次预应力与多次预应力不同效应的对比 310

10.9 预应力网壳的杆件和节点设计 313

10.9.1　杆件设计 313

10.10　预应力网壳的制作与施工要点 314

10.10.1 网壳的制作 314

10.9.2　节点设计 314

10.10.2　网壳的拼装 315

10.10.3　网壳的安装 316

10.10.4 网壳加载和预应力张拉 316

10.11 超大跨度预应力空间网壳结构方案分析与经济比较 318

10.11.1 概述 318

10.11.2　结构形体的优选 318

10.11.3　结构体系选择 322

10.11.4　预应力问题 326

10.11.5　杆件与节点设计 328

10.11.6　试设计方案及其技术经济比较 331

10.12 我国两座多次预应力钢网壳工程的设计研究与工程实践 334

10.11.7　初步结论 334

10.12.1 攀枝花体育馆多次预应力钢网壳工程设计与试验研究 335

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 364

10.12.3　工程实践的主要经验与结论 371

参考文献 372

第十一章　张弦结构 377

11.1　概述 377

11.2　张弦穹顶 379

11.2.1 张弦穹顶的特点 380

11.2.2　张弦穹顶的研究现状 380

11.3 张弦结构（张弦梁和张弦桁架） 382

11.4 张弦结构的找形分析 384

11.5　张弦穹顶预应力的设定 385

11.5.1 预应力力度的设定原则 386

11.5.2 静力分析及预拉力的确定 388

11.6　张弦穹顶的静力分析 389

11.7　张弦穹顶的稳定分析 393

11.7.1 网壳稳定性非线性有限元程序的编制 393

11.7.2　稳定性算例 393

11.7.3　极值点失稳算例 393

11.7.4　分枝点失稳算例 394

11.7.5　非线性屈曲 395

11.7.6　初始缺陷的影响 398

参考文献 399

12.1　概述 400

第十二章 吊挂结构 400

12.2　斜拉网架（网壳）结构 402

12.2.1　结构选型 403

12.2.2　斜拉网架（网壳）结构的有限元分析 405

12.2.3　斜拉网架（网壳）结构的设计与施工 407

12.3　拱支网架（网壳）结构 409

12.4　悬索网架（网壳）结构 410

12.4.1 结构选型 410

12.4.2　悬索网架（网壳）结构的有限元分析 411

12.4.3　悬索网架（网壳）结构的设计与施工 412

参考文献 414

13.1.1　索穹顶结构的发展 415

第十三章　索穹顶结构 415

13.1 索穹顶结构的发展、特点和研究现状 415

13.1.2　索穹顶结构的特点 416

13.1.3　索穹顶结构的研究现状 417

13.2　索穹顶结构的分类 417

13.2.1　按网格组成分 417

13.2.2　按封闭情况分 419

13.2.3　按覆盖层材料分 421

13.3　索穹顶结构的找形分析 422

13.3.1　概述 422

13.3.2　空间铰接杆系的分类 424

13.3.3　体系的机构位移模态和自应力模态 426

13.3.4　体系的几何稳定性判定及其算例 427

13.3.5　体系的预应力分布计算及其算例 431

13.4　索穹顶结构受力分析的非线性有限元法 435

13.4.1　概述 435

13.4.2　两节点曲线索的非线性单元 437

13.4.3　索穹顶结构的静力平衡方程、解法及其算例 442

13.4.4 索穹顶结构动力特性的有限元法分析及算例 446

13.5　索穹顶结构在轴对称荷载作用下的实用计算 450

13.5.1　计算模型及假定 450

13.5.2　基本方程 451

13.5.3　静力计算 454

13.5.4　动力特性计算 456

13.5.5　示例计算 457

13.5.6　其他有关计算的处理 458

参考文献 459

第十四章　索膜（张拉膜）结构 463

14.1 概述 463

14.2 国外的发展与工程应用 466

14.3　膜面材料 467

14.3.1　基布的材料 467

14.3.2　涂层的材料 467

14.3.3　面层的材料 467

14.4　膜材料的性能实验 467

14.5.1　方案设计 469

14.5.2　找形分析 469

14.5　索膜结构的分析与设计 469

14.5.3　荷载分析 470

14.5.4　剪裁分析 470

14.6　我国索膜结构的工程实例 470

参考文献 472

第四篇　特种承重结构体系 477

第十五章　预应力轻型钢结构 477

15.1 概述 477

15.2　轻钢结构的概念及已有形式 478

15.3 可采用预应力技术的结构形式 480

15.3.1 实腹梁 480

15.3.2 蜂窝梁 481

15.3.3　轻型桁架 483

15.3.4 轴向压杆 484

15.3.5 门式刚架 485

15.3.6　拱式结构 487

15.4　预应力技术简易施工法 488

15.4.1 拉索法 488

15.4.2　弹性变形法 490

15.4.3　强迫位移法 490

15.5 预应力轻钢结构的应用与工程实例 491

15.5.1 英国因莫斯（Inmos）微型集成电路工厂（1982） 491

15.5.2　雷诺汽车公司英国服务中心（1983） 491

15.5.4　清华大学预应力轻钢刚架设计（2002） 492

15.5.3　德国立体钢管桁架体育馆 492

参考文献 494

第十六章　预应力高耸钢结构 495

16.1 自立式预应力塔架 495

16.1.1　预应力无线电塔架 496

16.1.2　化工尾气排放塔 496

16.2　缆索式预应力塔桅 499

16.2.1　预应力标准桅杆塔 500

16.2.2　预应力压杆桅塔 501

16.2.3　巴塞罗那通讯桅塔 502

16.2.4　伦敦国际博览会会标塔 504

16.2.5　高压输电线路塔架 505

16.3　楼顶塔架 508

16.3.1　悉尼广播电视塔 508

16.3.2　华北电力调度微波塔 509

参考文献 510

第十七章　预应力钢板结构 512

17.1 概况 512

17.2　预应力圆柱筒壳的受力计算 513

17.3　预应力筒壳的稳定性 515

17.4　预应力竖式储液库设计 517

17.5　工程设计与实践 518

17.5.1　储氨罐设计 518

17.5.3　大型储液库 519

17.5.2　竖式高压容器 519

17.5.4　大直径管线敷设 520

17.6 预应力薄板结构的新发展 521

17.6.1　预应力屋盖板 521

17.6.2　预应力块体屋架梁 522

17.6.3　屋盖薄壳 524

17.6.4　悬膜屋盖 524

参考文献 527

第十八章　预应力桥跨结构 528

18.1　概述 528

18.2 目的与手段 529

18.3　拉索法调整实腹梁内力 530

18.4　拉索法在格构梁中的应用 532

18.5　平衡重法调整梁跨结构内力 533

18.6　采用索桁架穿越超大跨度 534

18.6.1 水电工程运料索桥 534

18.6.2　输气管道线路桥 535

18.7　用拉索提高结构刚度 536

18.8　用拉索直接承载 537

18.9　用拉索改进与创新钢结构 538

18.9.1　扩大传统结构跨度 538

18.9.2　改善结构受力方式 538

参考文献 539

19.1.1 钢结构需加固改建的原因 543

19.1 概论 543

第十九章　预应力技术加固钢结构 543

第五篇　加固与改建 543

19.1.2　加固施工态势 544

19.1.3　加固技术措施 544

19.1.4　加固准备工作 545

19.2　加固钢结构的特点与方法 545

19.2.1 发展概述 545

19.2.2 预应力加固钢结构的优点及分类 547

19.3　非高强索的加固方案 548

19.3.1 调整荷载简图法 548

19.3.2　辅助荷载卸载法 549

19.3.4　弯矩卸载法 550

19.3.3　支座位移法 550

19.3.5　顶压撑杆法 551

19.4 利用高强索的加固方案 552

19.4.1 用高强索加固结构和杆件截面 552

19.4.2　改变结构的计算图形 552

19.4.3　改善结构边界条件提高刚度 554

19.5　用高强钢材进行预应力加固的设计与计算 555

19.5.1 轴向拉杆的计算 555

19.5.2　轴向压杆的加固 557

19.5.3　横向受弯构件的加固 558

19.5.4　用拉索加固桥跨刚度 559

参考文献 559