预应力钢结构是一种将预应力与钢结构相结合的新型结构,在结构中引入预应力以充分利用钢材弹性范围内强度。本文提出一种全新的预应力钢结构的结构形式,是由自平衡的预应力结构单元拼装组成的结构体系。由于这种结构体系的压杆布置的连续性和对单元拉杆施加预应力的断续性,可以完全满足建筑师在造型方面的任意要求,并根据使用功能的要求随心所欲地控制结构体系的变形。由于这种超静定结构体系具有较高的可靠度,个别杆件的失效不易引起整个结构体系的破坏,拉杆的预应力度高,材料的强度可以得到充分的发挥。这种结构体系的压杆的长度较小,其稳定性容易得到保证。鉴于这种新型结构体系的诸多优点,对其进行深入研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文的主要工作是:①对国内外预应力钢结构的发展历史及现状作了综述和总结,并指出预应力钢结构的适用范围和特点,提出当前预应力钢结构工程实践中存在的主要问题。提出了单元拼装式自平衡预应力空间钢结构体系。②提出了自平衡预应力钢结构的基本单元的形式并以立方体单元为例说明了建立单元预应力的基本原理。③详细地介绍了构件的加工安装过程,应用Ansys软件模拟了由二、三、四、五个单元组成的结构建立预应力的过程并分析了变形和结构内力的分布情况。④阐述了预应力钢结构的受力机理及有限元基本原理。⑤利用Ansys软件对单元拼装式自平衡预应力空间钢结构在使用荷载作用下的内力和变形进行分析,进而提出这种结构设计方法和步骤。⑥分析了结构某根杆件破坏对整个结构的内力影响。⑦为验证文中理论和方法,进行了实际结构模拟实验,对实验结果和理论分析进行了比较。⑧总结了本文的主要成果并指出了需要进一步开展的工作。