陳　勝, 蔣　超

(中國華西企業(yè)股份有限公司， 四川成都 610081)

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預應力拉索張弦梁施工技術

陳勝, 蔣超

(中國華西企業(yè)股份有限公司， 四川成都 610081)

【摘要】成都國際商品展示中心展廳中庭屋蓋結(jié)構(gòu)體系采用了拉索張弦梁結(jié)構(gòu)，跨度29.3 m, 單榀張弦梁重12 t。施工中采用地面拼裝預緊、吊裝組合、預應力張拉的施工方案。通過預應力的張拉和變形數(shù)據(jù)的監(jiān)控，張弦梁跨中反拱值及拉索張力滿足設計要求和規(guī)范標準的規(guī)定。

【關鍵詞】商品展示中心；張弦梁結(jié)構(gòu);預應力拉索;施工技術

1工程概述

成都國際商品展示中心展廳中庭屋面結(jié)構(gòu)為預應力張弦梁結(jié)構(gòu)。平面內(nèi)布置共5榀預應力箱型梁和7根尺寸為300 mm×300 mm×12 mm×15 mm箱型次梁，最大跨度29.3 m。每榀上弦桿由一根尺寸為500 mm×300 mm×20 mm×25 mm箱型梁與PES(C)7-055型高強鋼絲拉索組合而成(圖1)。撐桿為φ80×10無縫鋼管，材質(zhì)均為Q345B。每榀預應力箱型梁間距6 m，次梁間距4 m，兩端通過鋼支座鉸接于混凝土預埋件上。該中庭鋼結(jié)構(gòu)總量約70 t，中庭鋼結(jié)構(gòu)比混凝土結(jié)構(gòu)屋面高4.6 m，最高點為29.25 m，單榀預應力箱型梁重10 t(圖2)。

圖1　整體結(jié)構(gòu)三維圖

圖2　單榀張弦梁詳圖

2技術要點

(1)預應力張弦結(jié)構(gòu)的上橫梁長細比非常大，整體剛度較差，需保證預應力的順利實施和張拉過程中不出現(xiàn)過大旁彎變形。

(2)張弦梁屬于大跨度結(jié)構(gòu)，預應力張拉采用液壓千斤頂張拉。單榀張弦梁通過跨中反拱值和拉索張力值進行雙控。起拱值依據(jù)結(jié)構(gòu)張拉完成后的豎向位移值及處于荷載的狀態(tài)，通過過程監(jiān)測確定。

(3)該區(qū)域張弦梁須在地面拼裝完成，安裝好預應力拉索，然后實施吊裝。該構(gòu)件重心位置距離剪力墻邊垂直距離約60 m，無法選用大型吊車。安裝利用屋面混凝土梁上設置臨時吊點，在地面設置臨時胎架,通過卷揚機和手拉葫蘆對構(gòu)件拼裝及吊裝。

(4)為防止在地震及水平荷載作用下，張弦梁結(jié)構(gòu)撐桿發(fā)生位移而導致失穩(wěn)破壞，拉索與撐桿的連接必須可靠，滿足抗滑位移要求。

3施工方法及技術措施

3.1結(jié)構(gòu)施工流程

輪廓放樣制作→搭設胎架→張弦梁拼裝→掛索預緊→設置屋面臨時吊點→提升構(gòu)件→平移就位→螺栓固定→ 次梁組合→預應力張拉→拉力、起拱參數(shù)監(jiān)測→主次梁終焊→檢查驗收。

3.2張弦梁拼裝

(1)在張弦梁吊裝區(qū)域地面設置拼裝胎架，胎架應保證具有足夠的剛度,且考慮張弦梁的起拱高度要求。

(2)在胎架上進行張弦梁弦桿、撐桿、索球的定位和焊接，應保證構(gòu)件的尺寸精度。

(3)進行索球、兩端鑄鋼接頭的就位，索球及兩端接頭均按照已標記好的刻度尺寸定位。

(4)測量張弦梁的長度、寬度以及構(gòu)件平面的彎曲值，發(fā)現(xiàn)偏差進行校正修復。

3.3穿索預緊

本工程高強鋼絲拉索截面面積5 024 mm2,鋼絲強度1 670 kN/mm2，設計索力1 414 kN，抗拉強度1 670 MPa，總長度30 m，重約1 t。安裝拉索時借助電動卷揚機、吊裝帶等工具將拉索牽引至安裝位置。一段固定于鑄鋼接頭內(nèi)，通過索球逐點固定進行輕微張拉，達到預緊的要求,并及時調(diào)整拉索的位置。過程中嚴格檢查拉索的扭轉(zhuǎn)和連接情況，防止拉索與節(jié)點扭轉(zhuǎn)變形連接，使預應力拉索保持順直狀態(tài)。為防止索體在移動過程中與地面接觸，損壞索具保護層及損傷索體，對索頭應采取包裹保護措施。同時在地面鋪設短鋼管，在索體移動時減少與地面的摩擦。

3.4張弦梁的吊裝

(1)張弦梁安裝順序。按圖1中張弦梁ZXL4→ZXL5→ZXL3→ZXL2→ZXL1的順序安裝，相鄰兩榀主梁安裝完成后及時安裝次梁，保證張弦梁的平面外穩(wěn)定。

(2)設置支撐吊點。張弦梁構(gòu)件進行組拼時，在屋頂混凝土框架梁牛腿上設置臨時支撐吊點，支撐吊點需具備足夠的剛度及荷載要求，以保證吊裝安全。施工時臨時支撐吊點制作兩個，循環(huán)使用。臨時支撐主要由φ299×12、HW300×300×10×15、□300×300×12×15及[ 20a組成。槽鋼兩端采用連接板連接，其余構(gòu)件相連均直接相貫焊接。支撐吊點吊裝示意見圖3。

圖3　支撐吊點吊裝示意效果

(3)操作平臺。為保證張弦梁與土建結(jié)構(gòu)固定的可靠性及安全性，在每個吊點位置設置兩個簡易吊裝掛籃平臺，掛籃平臺采用塔吊進行移動和就位。

(4)吊裝方法。單榀張弦梁最大重量約12 t,單個吊點最大承受6 t荷載?，F(xiàn)場采用8 t卷揚機進行吊裝，卷揚機提升超過混凝土梁高度0.3～0.5 m處停止，操作工人采用兩個10 t手拉葫蘆平移挪動鋼梁至預埋支座位置，穩(wěn)定鋼梁。

(5)固定安裝。吊籃內(nèi)的操作工人通過對講機與指揮人員協(xié)調(diào)進行下降動作，保持步調(diào)一致，使鋼梁緩緩降入安裝位，迅速安裝高強螺母并初步擰緊，防止鋼梁竄位，然后依次逐步將全部高強螺栓穿好初步擰緊。采用扭力扳手按照先兩端后中間的順序逐個將高強螺栓按初擰終擰分兩次擰緊。檢查扭力讀數(shù)，數(shù)值應符合設計值方可停止。

3.5拉索張拉

(1)張拉設備的選型與標定。據(jù)設計要求張拉值為379 kN，張拉設備采用相應的千斤頂和配套油泵,據(jù)設計和預應力工藝要求的實際張拉力對千斤頂、油壓傳感器進行標定。張拉設備組合示意見圖4。

圖4　張拉設備組合示意

(2)張拉應力控制。預應力鋼索張拉采用雙控，即控制鋼索的拉力值及張弦梁結(jié)構(gòu)起拱值。在做好記錄的同時進行同步監(jiān)控。張拉過程中如發(fā)現(xiàn)異常，應暫停張拉，待查明原因并采取措施后，再繼續(xù)張拉。

(3)操作要點。

①張拉設備安裝：由于本工程張拉設備組件較多，在進行安裝時必須小心安放，使張拉設備形心與鋼索重合，以保證預應力鋼索在進行張拉時不產(chǎn)生偏心。

②預應力鋼索張拉：油泵啟動供油正常后，開始加壓，當壓力達到鋼索設計拉力時，超張拉5 %左右，然后停止加壓，完成預應力鋼索張拉。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應低于0.5 min。

(4)預應力鋼索張拉監(jiān)測。主要以索力值及張弦梁豎向起拱值為監(jiān)測對象。

①對鋼索拉力的監(jiān)測采用油壓傳感器測試，以保證預應力鋼索施張后的應力滿足設計要求。具體測量原理：張拉過程中油泵的油壓通過油壓傳感器測量出來，轉(zhuǎn)化為力，通過電子讀數(shù)儀讀出索力值。

②在預應力鋼索進行張拉時，整體結(jié)構(gòu)部分會隨之變形，并且通過結(jié)構(gòu)變形量可以判斷預應力施加大小。本工程經(jīng)施工仿真計算，確定的張弦梁最大豎向起拱值為 40 mm，對每榀張弦梁布置監(jiān)測點采用全站儀進行監(jiān)測，對觀測數(shù)據(jù)及時分析處理。變形監(jiān)測結(jié)果如表1所示。

表1　變形監(jiān)測記錄表　mm

注：反拱為正、下?lián)蠟樨?/p>

③預應力施加過程中，鋼結(jié)構(gòu)應力與預應力施加值密切相關，張拉過程中，對鋼結(jié)構(gòu)應力的監(jiān)測采用了振弦應變計，每個點對稱布置兩個振弦應變計。通過對每榀張弦梁的監(jiān)測，滿足設計要求。

(5)張拉質(zhì)量控制方法和要求。

①張弦梁安裝就位后對張弦梁整體結(jié)構(gòu)的尺寸復核檢查，預應力張拉索力和伸長值根據(jù)復核后尺寸作適當調(diào)整。

②張拉力按標定的數(shù)值進行，用伸長值和壓力傳感器數(shù)值進行校核。

③認真檢查張拉設備及與張拉設備相接的鋼索，以保證張拉安全、有效。

④張拉嚴格按照操作規(guī)程進行，控制給油速度，給油時間不應低于0.5 min。

⑤張拉設備形心應與預應力鋼索在同一軸線上。

4結(jié)束語

在上述施工方案的指導下，成都國際商品展示中心展廳中庭屋面大跨度張弦梁施工順利完成，各項指標滿足設計及施工規(guī)范的要求。本文描述了張弦梁基本的施工流程和詳細的施工方法，提出了張弦梁施工中需注意的重點難點事項，為同類工程的施工提供良好的借鑒作用。

參考文獻

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【文獻標志碼】B

【中圖分類號】TU757.3

[作者簡介]陳勝(1970～),男,高級工程師；蔣超(1983～),男,工程師。

[定稿日期]2015-08-25