楊宗林

摘要：針對中鐵青島世界博覽城項目展廊的索拱桁架結(jié)構(gòu)體系跨度和矢高大、索夾兩端索力不平衡的問題，用穿心式千斤頂頂推法測試索拱桁架體系索夾的抗滑移能力，驗證索夾滿足工程項目抗滑移承載能力。試驗同時進行超極限頂推，測試類似索夾的抗滑移因數(shù)，評估索夾的抗滑移能力。

關(guān)鍵詞：抗滑移;索拱體系;索夾;頂推法;試驗

中圖分類號：U448.25;TU393.3

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1006-0871（2019）01-0036-04

0 引 言

索夾連接是建筑索結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點，索夾滑移是影響建筑索結(jié)構(gòu)安全承載的關(guān)鍵因素之一，而索夾的滑移大多來源于螺桿緊固力的不足。[1]

索拱桁架結(jié)構(gòu)建筑凈空大、張拉受力明確，索拱中懸索的設(shè)置可以改善桁架拱的變形和受力，有效提高整體結(jié)構(gòu)的承載力。[2]然而，在受力狀態(tài)下，若索拱桁架結(jié)構(gòu)的索夾兩側(cè)懸索存在較大的不平衡力，則索夾抗滑力不足會導(dǎo)致索的滑移，改變整體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。因此，有必要對索夾抗滑性能進行分析。

近年來，隨著國內(nèi)體育場館和公共建筑領(lǐng)域索結(jié)構(gòu)應(yīng)用日益廣泛，建筑索結(jié)構(gòu)索夾連接的抗滑移研究日益深入，如對重慶江北國際機場[3]、北京奧運會老山自行車館[4]、棗莊體育中心體育場[5]、長春奧體體育場[6]等索拱體系的研究。在這些實際工程的索夾連接研究中，抗滑移因數(shù)的確定是此類節(jié)點性能研究的重點和難點。

本文針對中鐵青島世界博覽城項目展廊的索拱桁架結(jié)構(gòu)體系的索夾連接進行抗滑移試驗研究。試驗達到結(jié)構(gòu)的承載極限，對其抗滑移能力及抗滑移因數(shù)選擇提出建設(shè)性建議。

1 試驗概述

中鐵青島世界博覽城項目位于青島西海岸新區(qū)核心區(qū)南側(cè)，緊鄰濱海大道。展廊結(jié)構(gòu)布置示意見圖1，東西向長為508.0 m，南北向長為287.0 m，結(jié)構(gòu)為索拱桁架結(jié)構(gòu)，東西向為主拱架，南北向為次拱架。展廊結(jié)構(gòu)立面圖見圖2。每榀索拱結(jié)構(gòu)間距為4.5 m，主拱架跨度為47.5 m，高度為28.8 m;次拱架跨度為31.6 m，高度為19.1 m。

索拱結(jié)構(gòu)的斜拉桿和懸索采用索夾連接，斜拉桿與索夾通過銷軸連接，見圖3a）。懸索有2種類型：56懸索用于次拱架，68懸索用于主拱架。根據(jù)斜拉桿角度位置不同，設(shè)計2種索夾，分別見圖3b）和3c）。索夾兩側(cè)的懸索拉力不一樣，使得索夾會承受由此產(chǎn)生的不平衡力，不平衡力由索夾與懸索的靜摩擦力抵抗。索夾與懸索受力情況復(fù)雜，最有效的方法就是進行節(jié)點抗滑移試驗，了解節(jié)點的滑移性能，驗證索夾抗滑移因數(shù)，并作為數(shù)值模擬分析的條件。

2 試件設(shè)計

展廊主次拱索體大樣見圖4。索體采用Galfan鍍層，鋼索抗拉強度為1 670 MPa，56鋼索理論破斷力為2 700 kN，68鋼索理論破斷力為3 950 kN。試驗索體由項目用索供應(yīng)方提供，每種直徑試驗鋼索各2根，長度不小于2 000 mm，不制作兩端錨具。

試驗索夾由懸索供應(yīng)方提供，索夾性能要求與工程要求相同。索夾試件螺栓與現(xiàn)場實際用螺栓一致。索夾安裝螺桿為10.9級M16摩擦型高強螺栓，預(yù)緊力為110 kN，高強螺栓應(yīng)備有配件。

為保證螺栓預(yù)緊力均勻，螺栓的施擰順序見圖5中1～8。M16高強螺栓終擰值為228.8 N·m，M24高強螺栓終擰值為780 N·m。螺栓分初擰和終擰2個階段施工，初擰值為終擰值的50%。

設(shè)計要求索夾I抗滑移摩擦阻力Pb=200 kN，索夾II抗滑移摩擦阻力Pb=150 kN，安全因數(shù)均取1.5，因此試驗滑移力分別為300和225 kN。

3 試驗方案

3.1 試驗準備和安裝

取2種懸索規(guī)格與2種索夾形式交叉組合各1組，共4個試件，組合情況見表1。穿心式千斤頂選用YCW100B型，公稱油壓為51 MPa，張拉力為973 kN，張拉行程為200 mm。

為避免索夾零件影響滑移，試件組裝前用干凈棉布將索夾表面和螺孔油污擦拭干凈。

同規(guī)格2個索夾安裝示意見圖6。索夾之間的索段盡量平直安裝，減少因懸索調(diào)直的頂推量。兩索夾間放置YCW100B千斤頂，由普通扳手擰緊環(huán)索索夾螺栓，按《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 82—2011）的安裝要求，用力矩扳手擰緊螺栓至設(shè)計初定的力矩值[7]。施擰順序按圖5，符合規(guī)程要求。

在節(jié)點兩側(cè)與索體之間各布置1個百分表，測試索夾的滑移量。

3.2 頂推索夾步驟

（1）分步頂推千斤頂，每級加載0.1Pb，每級加載達到后持荷5 min，載荷增大速度不大于100 MPa/min，加載至索體平直，當(dāng)載荷-位移曲線為載荷增長、位移不增加時，記錄P值。

（2）按Pbn=Pb-P，分10級逐級加載，每級增加0.1Pb，直至索夾試件發(fā)生滑移，觀察油壓表和百分表，記錄每級索夾試件的力和位移。

3.3 試驗終止條件

試驗終止條件設(shè)置3種情況：

（1）在千斤頂推力下，任一索體發(fā)生滑移達到1 mm且力-位移曲線呈現(xiàn)明顯下降段;

（2）千斤頂推力達到1.5Pb;

（3）任何試件出現(xiàn)破壞導(dǎo)致試驗無法繼續(xù)。

4 試驗結(jié)果討論

試驗索夾滑移量隨頂推力變化曲線見圖7。在達到表1試驗滑移力后，均在千斤頂能力范圍內(nèi)繼續(xù)加載至試驗終止條件。4個試件均達到試驗條件1終止，終止時的千斤頂讀數(shù)和索夾滑移量見表2。試驗照片見圖8。

根據(jù)表2，試驗所測試的4種情況均可滿足設(shè)計抗滑移摩擦阻力，并且滿足1.5倍的安全因數(shù)。

抗滑移摩擦阻力屬于靜摩擦力，靜摩擦力存在最大值。試驗顯示，當(dāng)施加的頂推載荷大于最大靜摩擦力時會出現(xiàn)滑移，且位移迅速增加，載荷難以維持且出現(xiàn)迅速下降現(xiàn)象，因此圖7的4條曲線均出現(xiàn)位移短時間迅速增長現(xiàn)象，千斤頂讀數(shù)難以判斷。

根據(jù)試驗結(jié)果可知，56鋼索索夾抗滑移摩擦阻力極限值大于68鋼索索夾。索夾安裝螺桿為10.9級M16摩擦型高強螺栓，預(yù)緊力為110 kN，所以試件的摩擦因數(shù)范圍為0.260～0.375。

5 結(jié) 論

為獲得中鐵青島世界博覽城項目索拱桁架展廊的索夾抗滑移性能，設(shè)計索夾抗滑移試驗，試驗得到結(jié)論如下：

（1）試驗索夾均滿足承載能力極限狀態(tài)，并滿足1.5倍的安全能力儲備，驗證索夾節(jié)點設(shè)計在工程中的安全性滿足要求。

（2）在相同索夾構(gòu)造下，較小直徑的索夾握緊力更好，表現(xiàn)為抗滑移能力大于較大直徑索夾。

（3）所有試件試驗均為達到滑移量而試驗終止，此時獲得靜摩擦力極值，以此推算的試件靜摩擦因數(shù)范圍為0.260～0.375。

參考文獻：

[1] 唐亮， 王熠， 崔冰， 等. 懸索橋索夾螺桿應(yīng)力無損檢測研究[J]. 公路， 2015（10）：125-129.

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[3] 戴國欣， 李萬偉， 邢世建， 等. 重慶江北國際機場新航站樓大跨鋼桁架鑄鋼節(jié)點性能研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報， 2005， 26（4）：70-75. DOI：10.14006/j.jzjgxb.2005.04.011.

[4] 趙憲忠， 王冠男， 陳以一， 等. 北京奧運會老山自行車館柱腳鑄鋼節(jié)點試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報， 2008， 29（1）：10-15. DOI：10.14006/j.jzjgxb.2008.01.003.

[5] 石碩， 李亞明， 羅曉群. 棗莊體育中心體育場內(nèi)環(huán)索桁架單索索夾抗滑移試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)， 2017， 47（21）：20-24. DOI：10.19701/j.jzjg.2017.21.004.

[6] 劉文銳. 柔性空間結(jié)構(gòu)施工過程數(shù)值模擬和索長誤差敏感性分析[D]. 上海：同濟大學(xué)， 2017.

[7] 鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程：JGJ 82—2011[S].

（編輯 武曉英）