張鏡心

懸索結構是以一系列受拉索作為主要受力構件,并將其按一定規(guī)律排列組成各種形式的體系后,懸掛到相應支撐結構上。該結構只受拉不受壓,幾乎沒有抗彎能力。索一般采用由高強鋼絲組成的鋼絞線、鋼絲繩或鋼絲束,但也可采用圓鋼筋或帶狀的薄鋼板。懸索結構通過索道軸向拉伸來抵抗外荷載作用,可以充分利用鋼材的強度。當采用高強材料時,更可以大大減輕結構自重,因而懸索結構可以較經濟地跨越很大跨度。鋼絲繩在纜索吊機設計中作為主承重索,提供滑車的運行軌道和承擔所有荷載,是纜索吊機的主體結構。

1 鋼索的錨固及其防護方法

1.1 鋼索的錨固

懸索結構的鋼索需通過錨具錨固到支撐結構上,設計、制作、選用和使用錨具時,應滿足以下幾項基本要求:1)安全可靠,即錨具本身具有足夠的強度和剛度;2)鋼索在錨固時應盡可能地減少滑移量,使其控制在6 mm以下,以減少預應力損失;3)構造簡單,便于機械加工制作;4)施工方便,材料節(jié)省,價格低廉[3]。不同的錨具需采用不同的張拉千斤頂及液壓設備,并有特定的張拉工序和細節(jié)要求?，F(xiàn)就幾種常用的錨具作一些簡要介紹。1)螺絲端桿錨具。螺絲端桿錨具即在鋼索兩端各焊接上一根螺絲端桿,套以螺帽及墊板而形成的一種簡單錨具。當鋼索采用鋼筋時,亦可在鋼筋兩端直接軋制螺紋,精制螺紋鋼筋可直接采用配套的螺帽及墊板。2)鐓頭錨具。鋼絲束鐓頭錨具是利用鋼絲的鐓粗頭來錨固預應力鋼絲的一種支撐式錨具。3)JM系列錨具。JM12型錨具是我國研制的最早用于3根～7根直徑為12 mm的冷拉光圓Ⅳ級鋼筋或5根～6根直徑為12 mm的Ⅰ級鋼絞線的夾片式錨具,是一種摩擦型錨具。4)QM(OVM)錨具。QM型錨具可錨固鋼絞線或鋼絲束,錨具由錨板和夾片組成,分單孔和多孔兩類,可根據(jù)鋼絞線根數(shù)選用不同孔數(shù)的錨具。為方便施工,制作QM(OVM)錨具時,將承壓板與擴大喇叭孔一體化,用鑄鐵一次鑄成,并按照最不利的位置、最低強度等級的混凝土設計螺旋筋,不需另作局部承壓驗算。5)地錨。當懸索屋蓋不設閉合的邊緣構件和支撐拱時,必須通過拉索錨固在地基上。根據(jù)不同的地基條件和施工條件,可選擇下列各種地錨類型:a.重力型地錨;b.板式拉力基礎;c.擋土墻式;d.樁式。另外,由于索系的拉力很大,因此對這種地錨的設計要特別注意。

1.2 拉索的防護方法

1)拉索鋼套管內部的防護。鋼套管內部填充聚氨酯發(fā)泡材料進行密封防護處理。發(fā)泡材料為特制的聚醚與多次甲基多苯基、多異氰酸酯在鋼套管內進行聚合反應后,自我膨脹而形成與鋼套管、錨箱內管壁和索體表面結合緊密的聚氨酯泡沫塑料。該泡沫塑料具有質量輕、不吸水、低導熱性、隔氣性好、韌性較好等特點。鋼套管內填充發(fā)泡材料以后能有效地防止管內積水,使鋼套管內的錨具與雨水、潮氣及其他腐蝕介質相隔離,能在較長的時間內防止拉索端部錨具銹蝕。發(fā)泡材料易于清理,相對于以前采用的灌注水泥砂漿的方法,更便于拉索的維護和更換。發(fā)泡施工采用專用發(fā)泡機械,通過空壓機提供壓縮空氣,直接將發(fā)泡材料在槍口混合后噴射在拉索套管內。在發(fā)泡前,首先要將拉索套管內的臟物及水分清除干凈。發(fā)泡的配合比要考慮到施工時的溫度,確保發(fā)泡的質量。

2)梁上鋼套管上口處的密封處理。梁上鋼套管上口處的密封處理考慮到實用性和美觀性的結合,采用訂制的不銹鋼防雨罩或鑄鐵將軍帽。南京長江第二大橋南汊橋是一座雙塔雙索面斜拉橋,全橋共有160根拉索。拉索防護工程包括:塔和梁上拉索預埋鋼套管內填充發(fā)泡材料防護、塔上錨具外露部分安裝防護罩、梁上拉索鋼套管上口處安裝防雨罩和不銹鋼拉索防護套管。其防雨罩防水系統(tǒng)見圖1。

防雨罩的固定既要考慮能適應拉索振動,又能使防雨罩定位。具體方法是在防雨罩和聚氨酯發(fā)泡材料間填充彈性聚氨酯防水密封膠,防雨罩與拉索之間以及防雨罩與不銹鋼拉索防護套管之間用柔性的密封圈填塞,并使用高彈性密封膠密封。澆筑型彈性聚氨酯密封膠采用54HD聚氨酯防水密封膠。該材料為雙組分,現(xiàn)場按配合比混合攪拌均勻后澆筑,厚度50mm。高彈性密封膠采用Sikaflex單組分聚氨酯密封膠。該材料廣泛用于建筑上各種縫的填充,具有優(yōu)良的抗氣候性、抗老化性、不易磨損、高彈性等特性。通過上述處理,在索導管管口處形成一個完整的防水系統(tǒng),并使防雨與索導管之間形成一種彈性連接,適應拉索的振動。

3)錨具露出錨板部分的防護處理。錨具露出錨板的部分直接暴露在大氣中,為防止外露錨具長期受空氣中濕氣的影響發(fā)生銹蝕,影響錨具的使用和將來的索力調整及換索工作,采用的處理方法是:在錨具外露部分的表面涂刷一層錨具專用防護油脂,然后在錨具外加蓋不銹鋼防護罩。錨具專用防護油脂由礦物油脂及適量的樹脂組成,具有對金屬無腐蝕、常溫下不粘手、80℃下不流淌、低溫下不開裂的性能。在錨具表面均勻地涂刷一層專用防護油脂后,錨具表面與大氣隔離,達到防護的目的。加蓋防護罩起到雙重保護的作用,又防止油脂被損壞而導致錨具銹蝕。

2 懸索結構的施工要點

懸索結構的施工與設計聯(lián)系十分緊密,設計時必須預先考慮施工的步驟,尤其必須預先規(guī)定好張拉預應力等施工步驟。

下面就吉林速滑館懸索鋼結構屋蓋施工中懸索張拉問題作一簡單介紹[6]。1)工程概況:該館平面投影為長方形,長向188m,跨度方向 91m,柱距17.1m,采用索拱結構,共12榀。每榀之間通過支撐和檁條相連,屋面圍護結構為上下兩層壓型鋼板、中間鋪保溫玻璃棉的現(xiàn)場復合型輕鋼屋面。柱子為格構式鋼柱,拱梁為H900×400×12×20,拱梁與鋼柱之間鉸接。鋼柱柱頂標高為12.200m,鋼柱頂部有一標高為20.8 m的格構式鋼桅桿,鋼桅桿與鋼柱頂部通過鉸相連。懸索、背拉索、下拉索通過吊索、桅桿、斜撐桿和水平撐桿與拱梁形成索拱體系。2)索的張拉:張拉順序采用對稱同步協(xié)調的原則。單榀鋼拱梁兩側的下拉索同時張拉,結構平面從中間跨向兩側順序對稱推進,4套張拉工裝同時就位,同時安裝千斤頂就位,通過對講機協(xié)調4臺千斤頂同時張拉。為了保證水平撐桿水平,張拉時預先讓水平撐桿向上轉動150mm。拱梁和索安裝完畢后,用專用牽引工具頭把張拉工裝與拉索張拉端可靠連接,在張拉節(jié)點處用液壓穿心式千斤頂牽引拉索。將拉索牽引安裝至設計位置后,安裝張拉工裝,擰緊工裝高強螺栓,固定下拉索。在拉索牽引安裝就位、檢驗各索長無誤后,即可進行張拉。張拉工藝采用變形值與千斤頂拉力雙控的方法。采用有限元模擬張拉過程,分3級對下拉索進行張拉。用4臺YCND50型液壓穿心式千斤頂在下拉索張拉節(jié)點處同步進行4根下拉索的張拉。用專用牽引工具頭與下拉索熱鑄錨可靠連接,在錨碇錨座處同時用液壓穿心式千斤頂牽引拉索,在牽引過程中,可采用滑輪牽引裝置調整下拉索的位置,并與錨碇連接,固定拉索。拉索的牽引安裝過程中塑料護套若有破損,應用專用設備進行修補。在3次張拉時對每級張拉都應進行張拉力伸長量控制。張拉完畢后,應再次測試拉索的應力值及各鋼索內力、控制節(jié)點位移,對鋼拱梁、桅桿及拉索進行調整。各項指標均滿足設計要求后,按照有關規(guī)定對錨具進行耐久性保護。

3 結語

懸索結構的施工程序沒有統(tǒng)一的規(guī)定可循,應針對具體的工程采取相應的施工方法及施工措施。本文主要對鋼索的錨固及其防護方法以及該結構施工過程中應注意的問題進行了簡單介紹。

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