一、雙層壓瓦機預應力鋼結構發展過程中的關鍵問題
盡管雙層壓瓦機預應力鋼結構在工程實踐中得到了廣泛應用,但目前為止僅有少數研究者對其在火災中力學行為進行了初步的理論分析,未見有大型的足尺試驗研究結果。我們認為預應力鋼結構的抗火研究應急需著重解決以下幾個方面的問題。
1、高強低松弛預應力鋼絞線高溫下和高溫后力學性能研究
近年來,研究者對預應力高強鋼絲在高溫下的力學性能進行了研究,如南京理工大學的范進對36根預應力鋼絞線試件在不同溫度下的力學性能進行了試驗,得到了鋼絞線極限強度、屈服強度、彈性模量隨溫度的變化規律,給出了其力學模型。哈爾濱工業大學的胡瓊、張昊宇對預應力鋼絲進行了抗火試驗,總結了預應力鋼絲的各項高溫力學性能指標的退化規律,并提出了適合于火災條件下的預應力鋼絲本構關系模型。
盡管國內外學者對預應力鋼絲高溫力學性能己進行了一些研究工作,但研究對象是用于預應力混凝土結構的普通松弛預應力鋼絲,不是預應力鋼結構工程中占主導地位的高強低松弛預應力鋼絞線,故還不能滿足預應力鋼結構的抗火分析要求。因此,開展高溫下和高溫后高強低松弛預應力鋼絞線的力學性能研究,總結其各項高溫力學性能指標,并建立適用于火災條件下的預應力鋼絞線本構關系模型,是預應力鋼結構的抗火分析的前提和基礎。
2、預應力鋼結構抗火性能試驗研究
火災試驗研究是獲得結構在火災中真實力學行為的唯一途徑,目前對彩鋼壓瓦機預應力鋼結構構件的抗火性能的研究主要是數值模型分析,缺少試驗數據的支持,因此有必要對預應力鋼結構進行火災試驗研究,以獲得預應力鋼結構構件在火災中的真實力學行為如變形、應力松弛、整體屈曲及局部屈曲等,其試驗結果對預應力鋼結構的設計、火災后預應力鋼結構構件的承載能力以及對現有預應力鋼結構工程的加固具有指導的意義。
3、根據研究結果,提出預應力鋼結構抗火設計的實用公式和提高其抗火性能的工程措施
由于實用公式是預應力鋼結構抗火設計的理論依據,所以對試驗研究的結果和理論分析的結果進行對比分析,總結實用公式和影響其抗火性能的因素,對未來預應力鋼結構的抗火設計和在工程實踐中提高其抗火性能有重大的意義。
預應力鋼結構會越來越廣泛地應用于大跨空間結構領域,有必要對各種形式的預應力鋼結構的抗火性能、影響其抗火性能的因素以及火災后剩余承載能力進行研究分析,這對預應力雙層壓瓦機鋼結構的防火設計,選擇合理的施工方案,確保火災時的結構安全,減少人民的生命財產損失具有重大的意義,預應力鋼結構的抗火研究任重而道遠。
二、雙層壓瓦機鋼材料的加固措施
雙層壓瓦機鋼結構有那么多的優勢,但也存在著不少的缺陷,所以當鋼結構完成之后要對其進行加固,以保證彩鋼雙層壓瓦機鋼結構的可靠性和耐久性鋼結構的加固技術措施主要有三種:截面補強法,在局部或沿構件全長以鋼材補強,連成整體使之共同受力;改變計算簡圖,增設附加支承,調整荷載分布情況,降低內力水平,對超靜定結構支座進行強迫位移,降低應力峰值;卸荷方法,增設臨時支柱或組成撐桿式結構張緊其拉桿對屋架進行改變應力卸荷。
另外,對雙層彩鋼壓瓦機鋼結構進行加固之前,需要充分了解掌握該鋼結構的具體信息和數據。需要該結構原有的竣工圖、原有鋼材的材質報告以及現場質量檢驗的報告、原有鋼結構構件的制作和安裝驗收記錄、鋼結構原有的設計計算書、鋼結構構件破損情況的檢查報告、當前實際荷載和加固后的荷載數據。
當掌握這些具體的數據之后,就要對這些數據進行分析,根據實際損壞情況,選擇一項或幾項加固法對鋼結構進行加固。
1、截面補強法
加固通常是在部分卸荷或全部卸荷狀況下進行,加固前后結構幾何特性和受力狀況會有很大不同,因而需要根據結構加固期間及前后,分階段考慮結構的截面幾何特性、損傷狀況、支承條件和作用其上的荷載及其不利組合,確定計算簡圖,進行受力分析,找出結構的可能最不利受力,以確保安全可靠。
2、改變計算簡圖
采用改變荷載分布狀況、傳力路徑、節點性質和邊界條件,增設附加桿件和支撐、施加預應力、考慮空間協同工作等措施對結構進行加固的方法。應對被直接加固結構進行承載能力和正常使用極限狀態的計算外,尚應對相關結構進行必要的驗算,并采取切實可行的合理的構造措施,保證其安全。改變結構計算簡圖加固的途徑:增加結構或構件的剛度;改變受彎構件截面內力;改變析架桿件內力;與其他結構共同工作形成混合結構,以改善受力情況。
3、結構的卸荷方法
通過增設臨時支柱或組成撐桿式結構張緊其拉桿對屋架進行改變應力卸荷。由于屋架從兩個支點變為多支點,所以需進行驗算,特別應注意應力符號改變的桿件。臨時支承節點處的局部受力情況也應進行核算,采取臨時措施防止支承點在平面外失穩。當下段柱需要加固甚至截斷拆換時,一般采用“托梁換柱”的方法,此時應對兩側相鄰柱進行承載力驗算。可利用吊車梁作為支點使托架卸荷。
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