[发明专利]采用支座位移法施加预应力的预应力钢框架及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构技术领域，涉及一种预应力钢框架结构及其施加预应力的方法，更具体地说，是涉及一种采用支座位移法施加预应力的预应力钢框架及其制作方法。

背景技术

多跨钢框架结构，在竖向荷载作用下，梁端负弯矩的绝对值较大，其余部位则很小，因此梁的内力分布很不均匀，对于跨度较大的框架结构，这种不均匀度越发显著。而构件截面是按照最大内力进行设计的，因此传统框架，构件用材很不经济。

通过施加预应力，使得框架结构内部预先产生与正常荷载内力符号相反的内力，从而削减结构正常使用状态下的内力峰值，调匀内力分布，节省结构材料，是一种有效的理论方法。

传统对钢框架施加预应力，通常采用梁下布置拉索与撑杆的方法，对拉索施加预应力，从而使撑杆成为梁的跨中弹簧支承，变相减小了梁的跨度，降低了梁内力峰值。该种方法存在两个重要缺陷，一个缺陷在于高空张拉预应力，施工困难且危险；另一个缺陷则更为致命，该种方法的拉索及撑杆必须与原钢框架为一体，为永久性构件，而拉索及撑杆的设置占据了相当大的建筑高度和建筑空间，该缺陷直接导致预应力钢框架难以在在办公楼、住宅中推广应用，而办公楼及住宅这两类建筑占据绝大多数的框架结构。

发明内容

技术问题：本明的目的是为了克服上述的传统采用梁下布置拉索及撑杆对梁施加预应力导致浪费较大建筑空间的缺点，而提供一种采用支座位移法施加预应力的预应力钢框架及其制作方法。

技术方案：为了达到上述目的，本发明解决技术问题所采取的技术方案是：

一种采用支座位移法施加预应力的预应力钢框架及其制作方法，包括梁1和与梁1固定连接的2根边柱2，其特征是，在所述2根边柱之间还设置有一中柱3，中柱3上端面与梁1底面之间预留有间隙G，中柱3下端中部左右两侧各固接有一组合连接板5，中柱3上端面对应的梁1底面上垂直固接有与组合连接板5相对应的连接板4，组合连接板5与连接板4之间设有一拉索6，拉索6一端与连接板4钩接，另一端穿过组合连接板5开设的孔与设置在组合连接板5下面的穿心式千斤顶7相夹接，通过穿心式千斤顶7的牵引作用消除间隙G，实现中柱3上端面与梁1底面接触并固定连接。

上所述的组合连接板5为两块直角三角形的钢板和一块开设有孔的矩形钢板组成的U形连接板。

上所述的拉索6为一端设置有刚性索钩的钢丝绳或钢绞线。

上所述的采用支座位移法施加预应力的预应力钢框架的制作方法，步骤如下：

1）计算预留间隙G：根据结构力学支座位移法原理，按照“荷载作用下梁1跨中弯矩与两端弯矩三者中至少两者数值相等，且三者尽可能接近”的原则确定预留间隙G的数值大小。

2）制作构件：按照设计图纸工厂制作完成梁1、边柱2、中柱3，并在梁1底面焊接好连接板4，在中柱3侧面焊接好组合连接板5；采用梁1跨中反拱（跨中反拱高度等于预留间隙G的数值大小）或中柱3缩短（缩短长度等于预留间隙G的数值大小）两者之一的构件制作方法以便安装形成预留间隙G。

3）安装框架：首先安装边柱2及梁1，边柱2柱脚与地面固定连接，梁1两端与边柱2固定连接，然后安装中柱3，中柱3柱脚与地面（或楼面）固定连接。该步实施完成后中柱3上端面与梁1底面形成了预留间隙G。

4）消除预留间隙G：将拉索6带有刚性索钩的一端与连接板4钩接，另一端穿过组合连接板5的孔洞及穿心式千斤顶7；启动穿心式千斤顶7，通过其牵引作用逐步消除预留间隙G，直至梁1底面与中柱3上端面接触，并固定连接梁1与中柱3；千斤顶型号根据需要张拉的拉力T选用，需要张拉的拉力T为：（式中EI为梁1抗弯刚度，L为框架跨度）；拉索6的截面积满足：（式中f_c为拉索材料强度）。

5）拆除循环用构件：拆除穿心式千斤顶7及拉索6，切割连接板4及组合连接板5。

本发明专利的核心技术在于预留间隙G以及消除预留间隙G的施加预应力方法。预留间隙G以内力分布均匀为准则按照支座位移法原理计算获得；而消除预留间隙G的施加预应力方法其核心技术在于通过设置很少量的临时板件，借助可循环使用的拉索及千斤顶实现地面（或楼面）施加预应力。

有益效果本发明与现有技术相比较具有以下优点和效果：