预应力钢结构在石化改扩建设计中应用探讨.pdf

石 油化 工设计 Petrochemical Design 预应力钢结构在石化改扩建设计中的应用探讨 侯 金 强 (中国石化工程建设有限公司，北京 100101) 摘要：简要介绍了预应力钢结构体系的原理及优点，并结合对石化装置改扩建项 目中有关环境因素、 荷载条件、施工要求等特殊的设计条件的分析，对其体系的局限性及适用性进行了论述。针对当前预应 力钢结构体系在石化厂改扩建设计中存在的问题，提出了相应的解决方案。由于缺乏直接的工程实例数 据，仅根据其原理，借鉴其在民用领域的成功案例对其在石化改扩建领域可行的结构形式进行了设想和 探 讨。 关键词：预应力钢结构 石化改扩建装置 加固 预应力钢结构学科从诞生到现在经历了近 60 3)通过施加预应力，可改善结构荷载 内力的 年的时间，尤其是 20世纪末 以来，随着新材料、新 质量。由力学原理可知 ，弯矩作用受材料的边 技术 、新理论的发展 ，涌现了一批基于预应力钢结 缘应力控制，压力受稳定应力控制，拉力 由材料强 构原理的新型的结构体系，如张弦结构、吊挂结 度控制；就钢结构的结构效率而言，承受轴向力优 构、索穹顶结构、索膜结构、以及我 国自行开发的 于弯矩作用，拉力作用优于压力作用。经过合理 索托结构等，进入 2l世纪，新型预应力钢结构大 的布置预应力构件，可以将高强度拉索 (杆)作为 量运用到工程 中。这些结构受力合理，耗用材料 承拉构件 ，由稳定性可靠的构件来承压，减小构件 小、造型新颖，推动了预应力钢结构在民用领域的 中的弯矩，从而提高结构效率，节约材料。 发展 。相 比而言，工业结构领域的发展相对滞后， 4)通过施加预应力可以提高结构刚度及稳定 近些年鲜有影响力大的案例。 性，改善结构的动力性能。 1．2 预应力钢结构特点 1 预应力钢结构技术原理及特点 预应力钢结构体系中，结构受力合理，材料强 1．1 预应力钢结构技术原理 度潜力利用充分，性能可靠，能有效地节约钢材。 与预应力混凝土结构相 比，预应力钢结构设 一 般而言，在实腹与格构 中采用单次预应力与非 计思想及结构均与之有所不同，已经从基本构件 预应力同类结构相比可以多获得 10％ ～20％的经 领域扩展到了结构体系范畴。预应力钢结构通常 是通过在钢结构中引入高强度的承载构件，施加 济效益 ，而采用 多次 预应力技 术则可 以节约 预应力，改变传统结构的内力与变形分布，降低荷 20％～40％材料，用新型的预应力空间结构体系 载作用下的内力与变形峰值，从而提高结构承载 时，节约钢材的幅度更大。预应力钢结构体系节 能力，降低建造成本。其作用机理如下 ： 省材料、自重轻、适用跨度大、施工快捷方便，综合 1)通过施加与构件荷载效应相反符号的预应 经济效益明显。 力 ，来改变结构承受荷载前的应力场及变形形态 ， 在承受荷载时，通过荷载与预应力效应的抵消作