董 凱，王 巖，王海兵，黎冰蕊，牛潔亮（中建鋼構(gòu)有限公司，廣東 深圳 518040）

蘇州工業(yè)園區(qū)游泳館屋蓋為馬鞍形外圈鋼結(jié)構(gòu)加索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)外圈包含 28 根環(huán)梁、56 根 V 柱，柱腳采用球鉸支座；屋面為正交索網(wǎng)，包含 31 對(duì)承重索與 31 對(duì)穩(wěn)定索，采用高釩密閉索，Φ 40 mm，索網(wǎng)通過(guò)索夾連接，索夾上中下三層通過(guò)一顆 8.8 級(jí) M 30 高強(qiáng)螺栓連接，高強(qiáng)螺栓要求施加 100% 預(yù)應(yīng)力。索夾三維效果圖如圖 1 所示。索夾節(jié)點(diǎn)是保證游泳館結(jié)構(gòu)安全的重要環(huán)節(jié)，除用于索網(wǎng)連接之外，通過(guò)索夾上設(shè)置檁托連接剛性金屬屋面，索夾為受力關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

圖1 索夾三維效果圖

1 索夾力學(xué)性能要求

索夾材質(zhì)為 GS 20 Mn 5 V，屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ≥385 MPa，遠(yuǎn)高于 CECS 235—2008《鑄鋼節(jié)點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》及 DIN EN 10293—2005 《鑄鋼件材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，即使后期采取調(diào)質(zhì)處理，也要有相應(yīng)的化學(xué)成分作保證，C、Mn 等元素要達(dá)到中上限，并需加入 Cr 和 Ni 等合金元素，還要嚴(yán)格控制 P、S 的含量，合理調(diào)配 Si 的含量，提高鋼水的純凈度，才能保證鑄鋼件的力學(xué)性能。碳當(dāng)量控制在≤0.48%，其與 Q 390 C 鋼板的碳當(dāng)量相匹配。鑄鋼件的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表 1、表 2。與鋼索接觸的索夾索槽表面噴涂 1 mm 厚的鋅涂層，以增加鋼索的摩擦因數(shù)，索槽采用機(jī)加工。

表1 鑄鋼件化學(xué)成分

表2 鑄鋼件力學(xué)性能

2 索夾高強(qiáng)螺栓預(yù)應(yīng)力松弛

高強(qiáng)螺栓預(yù)應(yīng)力松弛試驗(yàn)包括兩部分：高強(qiáng)螺栓自身的應(yīng)力松弛試驗(yàn)；高強(qiáng)螺栓、索夾和索體組裝件的應(yīng)力松弛試驗(yàn)。

2.1 高強(qiáng)螺栓自身預(yù)應(yīng)力松弛

高強(qiáng)螺栓自身預(yù)應(yīng)力松弛試驗(yàn)是對(duì)試件施加試驗(yàn)力，保持初始應(yīng)變，變形或位移恒定，而測(cè)定其應(yīng)力隨時(shí)間的變化關(guān)系。對(duì) 3 根 8.8 級(jí) M 30 高強(qiáng)螺栓試件進(jìn)行應(yīng)力松弛試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 3。

表3 3 根高強(qiáng)螺栓應(yīng)力松弛試驗(yàn)

3 根高強(qiáng)螺栓張拉擰緊后的第 3 d，應(yīng)力損失基本穩(wěn)定，應(yīng)力松弛系數(shù)分別為 0.012、0.018、0.015，平均值為 0.015；高強(qiáng)螺栓張拉擰緊后的 8 h，應(yīng)力損失值占 3 d 損失值的 80%；1 d 時(shí)，損失值占 3 d 損失值的 89%；2 d 時(shí)，損失值占 3 d 損失值的 94%。

2.2 索體變化引起的預(yù)應(yīng)力松弛

高強(qiáng)螺栓、索夾和索體組裝件，在高強(qiáng)螺栓最終擰錨固后，不僅會(huì)出現(xiàn)螺栓自身應(yīng)力松弛，還會(huì)出現(xiàn)由于張拉拉索使索體直徑減小引起的應(yīng)力松弛。

張拉拉索使索體直徑收縮，高強(qiáng)螺栓拉力損失明顯，應(yīng)力松弛系數(shù)為 0.131；拉索張拉完成后，高強(qiáng)螺栓應(yīng)力松弛速度減緩，再靜置 19 h 后應(yīng)力基本不變，此時(shí)應(yīng)力松弛系數(shù)為 0.181。試驗(yàn)結(jié)果見表 4。

表4 索體變化應(yīng)力松弛

3 索夾抗滑移

索體在張拉過(guò)程中，索徑索長(zhǎng)都會(huì)發(fā)生變化，從而影響索夾高強(qiáng)螺栓的預(yù)應(yīng)力，而高強(qiáng)螺栓本身也存在著復(fù)雜的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，這些都會(huì)對(duì)索夾的抗滑能力產(chǎn)生不可預(yù)料的影響。因此索體在雙向張拉的情況下，抗滑移承載力的大小需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行研究。

為保證每次試驗(yàn)索體表面的完整，將試驗(yàn)分為 3 個(gè)試件組。每個(gè)試件組中的索夾和高強(qiáng)螺栓均不同，而且索夾夾持的索體位置也不同。每個(gè)試件組包含兩個(gè)工況：承重索方向頂推和穩(wěn)定索方向頂推。

索夾抗滑承載力試驗(yàn)中，3 個(gè)試件組，每個(gè)試件組有 2 個(gè)加載工況，共 6 個(gè)工況，其中抗滑移承載力最小值為 92.1 kN，大于設(shè)計(jì)值，滿足使用要求。試驗(yàn)結(jié)果見表 5。

表5 索夾抗滑承載力試驗(yàn)的綜合摩擦系數(shù)

4 索夾安裝方法

為彌補(bǔ)高強(qiáng)螺栓的應(yīng)力損失，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行超張拉。具體操作為：① 當(dāng)索夾的底層和中層夾緊承重索時(shí)，中間螺母預(yù)緊力超張拉至 110%，即 308 kN；② 當(dāng)安裝穩(wěn)定索后，頂部螺母預(yù)緊力超張拉至 120%，即 336 kN；③ 待 1 d 后，對(duì)索夾頂部螺母再次超張拉至 120%，即 336 kN。索夾安裝流程見圖 1。

圖1 索夾安裝流程

因現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地限制，游泳館索網(wǎng)未采用常規(guī)的低空組網(wǎng)后整體提升的施工工藝，而是先通過(guò)高空溜索將承重索安裝就位，后鋪設(shè)貓道在高空安裝穩(wěn)定索并分批進(jìn)行張拉，因此索夾中下層在地面進(jìn)行安裝，上層為高空安裝。

5 結(jié) 語(yǔ)

(1) 通過(guò)對(duì)索夾材質(zhì)的處理提高了索夾屈服強(qiáng)度，索槽機(jī)加工及噴鋅處理工藝滿足了抗滑移承載力的要求。

(2) 根據(jù)索網(wǎng)的施工方法對(duì)索夾施工工藝進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，采用超張拉彌補(bǔ)因螺栓自身及索網(wǎng)張拉變細(xì)造成的預(yù)應(yīng)力損失，確定了超張拉數(shù)值。螺栓自身預(yù)應(yīng)力松弛在 3 d 后基本穩(wěn)定，索體變化造成的預(yù)應(yīng)力損失較為明顯，索體張拉完成 19 h 后趨于穩(wěn)定。

(3) 索體與索槽的緊貼程度越高，索夾抗滑移綜合摩擦因數(shù)越高。