随着科技的进步,涌现大量新材料、新技术、新理论,在此推动下,预应力钢结构达到快速发展,它受力合理,节约材料,形式多样,造型新颖,应用广泛,成为建筑领域中的最新成就。预应力钢结构学科从初始的简单节材思想发展到现代预应力钢结构系列,历经了探索、观望、前进、突破、创新、繁荣的各种阶段。新型预应力钢结构的研究必将会对社会的发展起推动作用。 本文采用工字钢和索相结合的组合结构形式,对大跨度预应力工字钢梁进行非线性有限元分析。采用预应力钢梁不仅可以提高其承载能力,延伸结构的强度幅度;而且刚度的相对提高对于实现大跨度钢梁有非常重要的意义,同时还可以大大降低钢梁的挠度;另外,采用预应力钢梁可以达到了节约材料、降低造价、施工速度快的目的。因而,大跨度预应力工字钢梁将对于工程应用具有实际意义,本文的研究成果可供工程设计参考。本文利用大型软件ANSYS进行分析,并对该结构主要作了以下几个方面的研究工作: (1) 应用平衡原理推导了索梁的平衡方程,应用能量原理推导了钢索张力增量公式; (2) 求解索梁平衡方程,得出预应力工字梁的挠曲线公式; (3) 分析选择预应力工字梁最佳截面参数; (4) 采用计算机语言编程和ANSYS有限元分析软件对预应力工字梁的变形研究,研究了影响预应力工字梁的变形性能的几个因素,如梁的跨度、预应力的大小等,并对两种计算结果进行比较,可以得出理论推导公式是正确的; (5) 对预应力工字梁进行塑性分析,分析预应力工字梁的极限承载力,研究钢梁在预应力作用下截面塑性发展过程。