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预应力数字化张拉技术及预应力结构中环境温度效应的研究

郭全全  
【摘要】: 本文首先论述了预应力张拉控制的重要性,在分析了现有的预应力张拉控制方法的基础上,提出目前预应力张拉工艺中存在着诸多缺陷是制约预应力结构发展的主要因素之一,并成为预应力领域迫切需要解决的问题。针对远远落后于现代预应力设计理论的预应力张拉工艺和控制方法,首次提出了预应力数字化张拉技术的概念,这一概念属于结构工程和机电一体化相交叉的范畴,是计算机技术在土木工程中的一项具体应用。 根据现代信息技术和土木工程的发展特点,提出了预应力数字化张拉技术的两种解决方案一开环控制和闭环控制。其中,开环控制方案,是在对普通张拉机具不作任何改造的基础上,通过研制智能控制张拉仪,并与普通的张拉机具无缝结合,从而实现预应力张拉的数字化控制;闭环控制方案,通过对张拉油泵的液压系统进行改造,使整个预应力张拉过程一次按键完成,实现预应力张拉过程的数字化和自动化,从根本上解决预应力张拉的精度和效率问题。 本文完成了开环控制的预应力数字化张拉系统的研制,于2001年11月获得了国家实用新型专利(专利号:ZL00262315.3)。并于2003年4月通过了山西省科技厅组织的专家鉴定,鉴定结果为:“开环控制的预应力数字化张拉系统填补了预应力张拉控制领域的空白,达到国际先进水平”。开环控制的预应力数字化张拉系统在山西省世纪工程—引黄入晋工 太原理工大学博士学位论文 预应力数字化张拉技术及预应力结构中环境温度效应的研究 程控制调度中心大楼中得到了成功的应用,结合工程实际提出了一套预 应力数字化张拉方法。工程应用表明,预应力数字化张拉技术可实现预 应力张拉过程中张拉力和张拉伸长值的双重同步控制,保证张拉精度在 1%的范围内,将施工人员由原来的5人减少到2人,具有精度高、效率 高的特点。 本文首次提出了超静定结构中考虑侧向约束和轴向变形影响的张拉 伸长值的计算公式。并编写了预应力瞬时损失和张拉伸长值的计算程序, 该程序既可用于设计和施工计算,又可固化到闭环控制的预应力数字化 张拉系统中,使其更好地完成张拉过程的全自动控制。 本文结合某高层框一剪结构的施工现场,进行了预应力瞬时损失以及 分批张拉相互影响的现场试验研究,特别是对在周期性变化的环境温度 场作用下,有效预应力的变化进行了逐时监测。试验结果表明:有效预 应力与环境温度以及混凝土温度间有着明显的相关关系,因此,在预应 力结构的设计和施工中,必须考虑温度效应的影响。在现场试验研究和 其它环境温度的大量实测资料的基础上,对影响预应力混凝土构件内部 温度分布的主要因素进行分析,提出了周期性变化的环境温度可在数学 上简化为一条简谐波曲线。借助于传热学,首次建立了预应力构件内部 温度场的计算模型。并在此基础上,进行了导热问题的有限元分析,得 到了温差分布规律,将计算温差分解为横向温差(几、兀)和纵向温差几, 并建立了相应的温差计算公式。针对具有不同性质的横向温差和纵向温 差,提出了预应力结构中环境温度效应的一系列计算公式,首次建立了 建筑结构中环境温度和有效预应力之间的关系,可用于指导建筑工程的 设计与施工。


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