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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