一、預應力對柱支承球面扁網(wǎng)殼穩定的作用

　　鋼扁網(wǎng)殼很多采用柱作支承。當柱間跨度較大時(shí)，為控制結構在豎向荷載作用下的變形和減小扁網(wǎng)殼支座的水平推力，一般采取以下措施：1）設置較大的鋼或鋼筋混凝土邊緣構件（邊梁、邊桁架）；2）在外加邊緣構件的體內或體外施加預應力，以協(xié)調扁網(wǎng)殼與邊緣構件的變形，減小邊緣構件的斷面尺寸；3）沿扁網(wǎng)殼周邊拉力環(huán)域施加適當預應力，為了簡(jiǎn)單有時(shí)也直接在扁網(wǎng)殼相鄰支座之間布索，相對而言第3種方法比較經(jīng)濟。

　　預應力扁網(wǎng)殼結構的分析以前都采用線(xiàn)彈性方法。四川省攀枝花市體育館的結構設計，其屋蓋為8柱支承周邊懸挑的預應力球面扁網(wǎng)殼。比較設計表明預應力的施加能夠有效控制結構的變形，并降低用鋼量。

　　在沿扁網(wǎng)殼周邊引入預應力的過(guò)程中結構要產(chǎn)生變形，線(xiàn)彈性分析不能考慮這一因素，所得結論具有局限性。通常的預應力設計可以適當提高柱支扁網(wǎng)殼的屈曲荷載，但提高的幅度很有限。當預應力相同時(shí)沿拉力環(huán)域布索的屈曲荷載提高幅度比在扁網(wǎng)殼支座間布索大。預應力沒(méi)有改變結構的屈曲特征，對荷載-位移平衡路徑的影響也有限。要較大幅度地提高結構的屈曲荷載只能采取其它途徑。

　　二、張力松弛法在預應力空間結構中的應用

　　張力松弛法是針對預應力空間網(wǎng)格結構設計與施工張力控制值計算問(wèn)題而研究出的一種力學(xué)分析方法。這種方法不僅能計算索的張力施工控制值，而且能計算結構中所有構件在張拉施工任一階段時(shí)的內力、節點(diǎn)變位。當采用分組分批張拉施工方法時(shí)，每批索只要一次張拉到計算所得的張力施工控制值即可，當最后一批索張拉完畢，所有組索的實(shí)際內力將達到它們各自的張力設計值。這樣，目前通常所采用的分階段分組分批張拉，逐階段張力調整的施工方法將得以改善，張拉施工的工作效率將大大提高，施工成本大大降低。

　　解決的問(wèn)題包括：

　�。�1）計算結構中各構件在索張拉施工每一階段時(shí)的實(shí)際內力，包括在索張拉全部完成時(shí)各構件的最終實(shí)際內力；（過(guò)程內力計算）

　�。�2）依據索張力設計值，根據張拉的實(shí)際情況，計算張拉各階段中索的張力施工控制值，以使張拉工作全部完成時(shí)，各組索的實(shí)際內力恰好等于其張力設計值。（以結果內力為目標反推算過(guò)程內力）

　　該方法還可用于預應力空間結構設計，進(jìn)行合理布索與結構優(yōu)化分析。

　　預應力空間結構的主要優(yōu)點(diǎn)在于：增加結構的整體剛度和提高結構的承載力；減輕結構的重量；優(yōu)化結構的空間利用并使結構更美觀(guān)。結構中的索若采用整體張拉方法則施工費用相當高昂；若采用分組分批張拉、逐步調整張力的施工方法，工藝簡(jiǎn)單且易于操作，但施工的張力調整工作相當麻煩費時(shí)且費用亦較高且必須考慮以下問(wèn)題：

　�。�1）分批張拉時(shí)，后批索張拉必然會(huì )造成前面所有批索實(shí)際張力發(fā)生改變，這種變化既不是純粹的遞增關(guān)系也不是純粹的遞減關(guān)系，但這種變化并不是沒(méi)有規律的。

　�。�2）當最后一批索張拉完畢時(shí)，除最后一批索外，所有的索的實(shí)際內力值均不是施工時(shí)的張力控制值，即：幾乎所有的索由于張拉施工的原因，其初始內力都發(fā)生了變化。

　　預應力空間結構中有許多與剛性構件相連接的索，這些索分成若干個(gè)組，其中每組索包含同時(shí)張拉施工的索，各組索的劃分應根據結構索的分布情況以及施工的實(shí)際情況而定。

　　幾點(diǎn)張力松弛法的結論：

　�。�1）張力松弛法主要應用于帶有施加預應力加強索的空間結構受力分析，可應用于張力施工控制值的計算，也可應用于張拉施工過(guò)程各階段中各索及桿件的實(shí)際內力值的計算。同時(shí)，還能計算結構中所有構件在張拉施工任一階段時(shí)的內力與節點(diǎn)變位。

　�。�2）各組索的張力施工控制值均是針對某一特定張拉施工順序的，施工時(shí)的張拉順序不同，則計算所得的張力施工控制值也不同。本方法的計算結果應用于分組分批張拉施工時(shí)，必須按照計算時(shí)設定的施工張拉順序進(jìn)行，否則最后的結果是錯誤的。每批索只要一次張拉到計算所得的相應的張力施工控制值即可，當最后一批索張拉完畢，所有組索的實(shí)際內力將達到它們各自的張力設計值。

　�。�3）該方法還可用于預應力空間結構設計，進(jìn)行合理布索與結構優(yōu)化分析。

　�。�4）張力松弛法是一種實(shí)用的、非常高效率的分析方法。

　�。�5）張力松弛法可以推廣應用到任何形狀的預應力空間網(wǎng)格結構，無(wú)論結構中各根索的張力設計值相同或不相同。

　　三、張弦梁結構中的預應力作用

　　張弦梁結構是通過(guò)撐桿連接梁（拱）和索而形成的一種新型雜交結構形式，通過(guò)對下弦索施加預應力可以使結構形成整體共同參加工作。下弦索的預應力，通過(guò)撐桿使梁產(chǎn)生與使用荷載作用時(shí)相反的位移，從而部分抵消了外荷載的作用；聯(lián)系索與梁之間的撐桿對于上弦梁起到了彈性支撐的作用，可以減小上弦梁的彎矩；同時(shí)，下弦索負擔外荷載對上弦梁產(chǎn)生的外推力，從而不會(huì )對邊緣構件產(chǎn)生水平推力，整體結構形成自平衡體系。

　　通常認為隨著(zhù)預應力的增大，結構的變形將減��；已有的一些對張弦梁結構的研究工作也得出類(lèi)似結論，認為增大預應力可以有效的減小變形和上弦梁的正應力，有益于結構性能的改善。但是，分析該結構，必須區分其在施加預應力前后的狀態(tài)，即零狀態(tài)和初始態(tài)，本文定義零狀態(tài)為體系在無(wú)自重、無(wú)預應力作用時(shí)的放樣狀態(tài)；初始態(tài)為體系在自重和預應力作用下的自平衡狀態(tài)。為求解零狀態(tài)幾何參數和初始態(tài)預應力分布提出了逆迭代法，但是無(wú)法在此基礎上連續進(jìn)行承受外荷載作用下的分析。因而以往的一些對張弦梁結構力學(xué)性能的研究并未區分這兩種狀態(tài)，同時(shí)對預應力張拉過(guò)程中的位移（初始態(tài)位移）和承受使用荷載作用下的位移（荷載態(tài)位移）也未區分，這就可能造成對該結構力學(xué)性能的誤識。

　　可以說(shuō)，預應力的增大對于張弦梁結構位移的影響是很小的，尤其對豎向位移而言，更是微乎其微；在大跨度的情況下，由于僅僅依靠上弦梁的剛度是不足以抵抗結構自重和外荷載的，所以要通過(guò)預應力這個(gè)媒介，使梁、索、桿形成整體參與工作，從而使結構的整體剛度大大增加；但是單就預應力本身來(lái)講，它的增大導致所有內力項都增大，但并不能有效地增加結構的剛度，所以預應力所起的作用主要就是使屋架形成整體結構。

　　就預應力對張弦梁結構內力的影響來(lái)看，預應力的增大會(huì )導致結構所有內力項都相應增大，對于上弦梁的主要內力項彎矩的影響尤為顯著(zhù)，這是不利于結構受力性能的改善的。所以，在實(shí)際工程中預應力的取值必須合理，該取值范圍應當是在使結構形成整體的時(shí)候，初始態(tài)至荷載狀態(tài)的過(guò)程中，應盡可能地減小上弦梁的彎矩和軸力。

　　四、大跨度預應力張弦鋼管桁架的應用

　　張弦梁結構是最近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的大跨度鋼結構，隨著(zhù)現代建筑美學(xué)的發(fā)展和使用功能的要求，現在的結構物跨度越來(lái)越大。對于大跨度或較大跨度的結構物大多采用鋼結構，當然也有用“膜”完成的，但充氣膜由于一些缺點(diǎn)近年來(lái)很少用，張力膜則也需要鋼索和鋼桿的支撐。大跨度鋼結構多用于多功能體育場(chǎng)館、會(huì )議展覽中心、博覽館、候機廳、飛機庫等。

　　預應力鋼結構因其良好的受力性能和廣闊的應用前景已經(jīng)越來(lái)越得到人們重視。張弦梁結構由弦、撐桿和壓彎構件組合而成的新型自平衡體系。它充分利用高強索的強抗拉性改善了整體結構受力性能，成為受力合理、制造運輸方便、施工簡(jiǎn)單的自平衡體系，是具有良好應用價(jià)值和前景的新型結構形式。

　　我國大跨度張弦梁結構剛剛開(kāi)始采用。其代表性工程為已經(jīng)建成使用的上海浦東國際機場(chǎng)航站樓鋼屋架和正在建設中的廣州國際會(huì )議展覽中心展覽大廳鋼屋架。

　　預應力張弦桁架結構受力明確、合理，剛度大、重量輕、桿件類(lèi)型少、制作安裝方便，能夠達到很大的跨度。