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        大跨度剛性張弦結(jié)構(gòu)施工技術研究

        2022-04-14 07:36:24錢少波
        建材與裝飾 2022年10期
        關鍵詞:撐桿拉桿拉力

        錢少波

        (中鐵建工集團有限公司上海分公司,上海 200331)

        1 工程概況

        本項目鋼結(jié)構(gòu)形式為平面組合型弦支結(jié)構(gòu)(雙向弦支結(jié)構(gòu)),平面為三角形,最大邊長尺寸為67.2m,另兩條邊長約為47.5m。交通中心屋面天窗(三角形采光頂)為雙向弦支結(jié)構(gòu),由大跨度(67.2m)三角形的邊桁架、上層的雙向焊接箱形鋼梁、中間撐桿、下部雙向鋼拉桿、支座(單向滑動和雙向滑動)組成,鋼拉桿編號如圖1 所示。

        圖1 鋼拉桿編號

        2 工程重難點

        2.1 張拉施工的重點內(nèi)容

        (1)施工過程中著重注意的技術要點體現(xiàn)在制作鋼拉桿、吊掛鋼拉桿和預應力鋼拉桿張拉過程。一些在制鋼拉桿過程中無法達到的精度或產(chǎn)生的誤差宜在施工過程中通過相關的技術手段進行彌補[1]。

        (2)施工過程中應確定施工順序,尤其是制鋼拉桿和預應力過程的順序。

        (3)張力結(jié)構(gòu)的施工應規(guī)定預應力過程的速率。因為在每一階段預應力過程中,結(jié)構(gòu)都經(jīng)歷一個自適應的過程,結(jié)構(gòu)會經(jīng)過自平衡而使內(nèi)力重分布,形狀也隨之改變,所以預應力過程的監(jiān)控十分重要。

        (4)張拉結(jié)構(gòu)的施工還需要注意結(jié)構(gòu)的其他荷載施加過程,在后續(xù)的結(jié)構(gòu)施工過程中,如屋面荷載、懸掛荷載的施加步驟和方法,要盡量保證比較均勻、對稱、勻速地施工,避免出現(xiàn)過大的集中荷載。

        2.2 張拉施工難點

        (1)結(jié)構(gòu)自身形式:本采光頂結(jié)構(gòu)平面為三角形,且支撐在大跨度邊桁架上,與一般對稱性結(jié)構(gòu)有差別,鋼拉桿力分布也有所差別。

        (2)邊桁架變形影響:作為采光頂結(jié)構(gòu)支座的邊桁架,跨度較大,其結(jié)構(gòu)撓度會引起采光頂處鋼拉桿結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化,會造成鋼拉桿力不均勻,增加施工階段鋼拉桿找力分析的難度,同時也會造成結(jié)構(gòu)變形的不均勻。

        (3)鋼拉桿力需要考慮張拉階段的脫架要求,又要考慮張拉完成后的反拱不能過大,同時,也要考慮張拉完成后,安裝檁條、屋面玻璃后撓度的盡量合理。

        3 施工工藝流程

        3.1 鋼拉桿的材料和組裝

        3.1.1 鋼拉桿材料

        (1)鋼拉桿材料參數(shù)。

        本工程鋼拉桿采用建筑UU 型非等強合金鋼桿體,桿體強度級別為550 級,屈服強度ReH≥550MPa,抗拉強度Rm≥750MPa,伸長率≥17%,斷面收縮率≥50%,沖擊功(縱向)≥39J(-20℃)。

        (2)鋼拉桿鋼拉桿頭形式。

        建筑UU 型非等強合金鋼桿體,每榀邊跨的鋼拉桿在支座側(cè)均帶有可調(diào)節(jié)端,每榀中間段的鋼拉桿不帶可調(diào)節(jié)端。

        (3)錨具材料。

        錨具、銷軸和螺桿均為鍛件,均采用合金結(jié)構(gòu)鋼,錨具的強度應符合鋼桿破斷后而錨具和連接件均不破斷的準則。

        3.1.2 鋼拉桿組裝

        本工程拉桿包括二段桿體、兩個叉耳式連接件和一個套筒式連接裝置。

        3.2 鋼拉桿的安裝

        (1)鋼拉桿、鋼拉桿的連接節(jié)點和撐桿下料時嚴格控制精度,安裝前按實際位置對每根鋼拉桿、鋼拉桿的連接節(jié)點和撐桿編號。

        (2)應仔細核對鋼拉桿、鋼拉桿的連接節(jié)點、撐桿耳板的位置和方向,特別要注意與鋼拉桿頭及撐桿相連節(jié)點的耳板方向。

        (3)鋼拉桿安裝前,需對調(diào)節(jié)套筒、連接棒等涂適量黃油潤滑,以便于擰動。

        (4)鋼拉桿安裝前須測定撐桿下節(jié)點安裝誤差,并根據(jù)徑向鋼拉桿的實際生產(chǎn)長度誤差,調(diào)節(jié)鋼拉桿長度,然后安裝,以確保撐桿下節(jié)點的準確。步驟如下:①首先將徑向鋼拉桿中間的調(diào)節(jié)套筒調(diào)至合適長度,將鋼拉桿上端與節(jié)點耳板相連。②將徑向鋼拉桿下端與撐桿下端節(jié)點連接好。③調(diào)節(jié)拉桿長并預緊鋼拉桿[2]。

        3.3 鋼拉桿的張拉

        3.3.1 張拉總體步驟

        (1)遵循設計要求,張拉總體步驟如下:①預緊安裝:根據(jù)屋蓋的流水施工順序,撐桿隨相應榀鋼屋架同時安裝;待每榀屋架及撐桿安裝完畢后,安裝預應力鋼拉桿,先對環(huán)向預應力鋼拉桿預緊、調(diào)節(jié)找形;然后對預應力鋼拉桿預緊。②張拉:縱向鋼拉桿的張拉分二階段完成。分為0→80%→100%[3]。

        3.3.2 張拉總體原則

        (1)單批次張拉分級:同批次鋼拉桿張拉時應逐級施加拉力,分二級張拉。

        (2)張拉順序:從兩邊依次向中間對稱張拉(先張拉單榀跨度較短的鋼拉桿,再張拉單榀拉跨度較大的鋼拉桿)。

        (3)鋼拉桿張拉控制項目及其目標。鋼拉桿張拉控制采用雙控原則:控制鋼拉桿力和鋼梁頂關鍵節(jié)點(撐桿對應鋼梁節(jié)點)豎向變形。

        (4)張拉時機:待邊桁架、鋼梁、撐桿和鋼拉桿、鋼拉桿連接節(jié)點安裝完畢,且支座就位后,進行正式張拉。待全部張拉完畢后,安裝檁條、玻璃等。

        3.3.3 張拉機具

        張拉工裝和設備包括:液壓千斤頂、油壓表、油泵、油管、張拉螺桿、反力架等。

        鑒于前兩批次的單根鋼拉桿最大施工張拉力約為400kN,因此選用YDCW240QX 型千斤頂進行張拉(一個張拉點的兩臺千斤頂?shù)膹埨δ苓_到48t)。

        第三批次張拉時,單根鋼拉桿最大施工張拉力接近700kN,單臺千斤頂張拉力不小于350kN,當采購有困難時,可替換相應張拉力的千斤頂。

        3.3.4 張拉流水施工順序

        考慮盡量減少張拉引起撐桿的偏移,并考慮張拉先后順序?qū)︿摾瓧U力影響,本工程鋼拉桿的張拉順序分為三批次,前兩批次從兩側(cè)向中間張拉,第一批次,由T5 向T11、-T5 向-T11 張拉,第二批次,由T5 向T11、-T5 向-T11 張拉,每個批次為3 次對稱張拉。張拉順序如下圖,兩個批次各為3 次,每次采用8 臺頂張拉,具體鋼拉桿張拉順序如圖2 和圖3 所示。

        圖2 第一批次鋼拉桿張拉順序(由兩側(cè)向中間張拉)

        圖3 第二批次鋼拉桿張拉順序(由兩側(cè)向中間張拉)

        3.4 鋼拉桿施工監(jiān)測

        3.4.1 監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測點

        預應力鋼結(jié)構(gòu)鋼拉桿預應力施工常規(guī)監(jiān)測內(nèi)容包括:鋼拉桿力和關鍵節(jié)點位移。

        (1)鋼拉桿力監(jiān)測點:各主動張拉點的鋼拉桿力。

        (2)關鍵節(jié)點位移監(jiān)測點:變形監(jiān)控位置為支座水平位移以及各榀鋼拉桿對應跨中的豎向位移。

        3.4.2 監(jiān)測方法和設備鋼拉桿力監(jiān)測

        (1)鋼拉桿力監(jiān)測。

        對于正在張拉的主動張鋼拉桿拉力控制采用配套標定的千斤頂現(xiàn)場張拉的千斤頂均在有資質(zhì)的實驗室與油壓表進行配套標定。

        (2)位移監(jiān)測儀器——全站儀。

        采用全站儀可直接由控制點進行三維放樣,可達到很高的精度效果。

        3.5 張拉過程各工況分析

        本工程屬于雙向張弦結(jié)構(gòu),鋼拉桿張拉需考慮多鋼拉桿分批張拉相互間的影響,采用分批對稱張拉,同時有效減少撐桿偏位[4]。

        根據(jù)本工程的鋼屋蓋的施工安裝順序,結(jié)合鋼拉桿張拉順序,并用軟件迭代計算,確定分9 步比較合適,第一步均前一步分析的基礎上完成,具體如下。

        (1)工況Stage1:鋼梁+撐桿+鋼拉桿的自重(1.1 倍)。

        (2)第一批次張拉為工況Stage2~Stage4。

        工況Stage2:同時張拉GLG-8、GLG-9、GLG-17、GLG-18。

        工況Stage3:同時張拉GLG-5、GLG-7、GLG-14、GLG-16。

        工況Stage4:同時張拉GLG-1、GLG-4、GLG-10、GLG-13。

        (3)第二批次張拉為工況Stage5~Stage7。

        工況Stage5:同時張拉GLG-8、GLG-9、GLG-17、GLG-18。

        工況Stage6:同時張拉GLG-5、GLG-7、GLG-14、GLG-16。

        工況Stage7:同時張拉GLG-1、GLG-4、GLG-10、GLG-13。

        (4)工況Stage8:張拉完成后,拆除支撐,脫架。

        (5)第三批次張拉,張拉力為脫架后的確認鋼拉桿拉力,張拉力為脫架后的鋼拉桿拉力,張拉順序同第一批次的張拉順序,需待采光頂處結(jié)構(gòu)完全脫架后,方可進行張拉。

        工況Stage9:在工況Stage8 基礎上,增加檁條及屋面玻璃荷載。

        第一批張拉和第二批張拉分次張拉的鋼拉桿力,以及張拉過程中鋼拉桿力變化情況。第三批次的張拉力為脫架后的確認鋼拉桿拉力,需待采光頂處結(jié)構(gòu)完全脫架后,方可進行張拉。

        施工全過程位移分析:第一批次張拉結(jié)束后,撐桿處的豎向位移均為向上,最大為4.5mm,第二批次張拉結(jié)束后,撐桿處的向上最大位移為6.1mm,均為向上,說明在張拉完成后,撐桿處的已經(jīng)脫架。第三批次張拉,僅為防止脫架引起的鋼拉桿拉索拉力松弛,位移參照Stage8 工況下位移。

        但在拆除支撐后,位移有明顯變化,邊桁架由于跨度較大,且作為三角形采光頂?shù)闹ё?,邊桁架在自重(包括三角形采光區(qū))作用下,在跨中處最大達到了231.6mm,在安裝完檁條及屋面玻璃后,在跨中處最大達到了312.9mm,同時會引起三角形采光頂區(qū)域相應變形。原藍圖中已經(jīng)注明,邊桁架應預起拱100mm,來減少邊桁架的變形,是十分必要的。經(jīng)預起拱后,下?lián)狭?312.9-100=212.9mm,規(guī)范容許值67200/250=268.8mm>212.9mm,變形在容許值范圍以內(nèi)。從計算結(jié)果表可以看出,在安裝完檁條及屋面板后增加的豎向位移(相對于拆除支撐后的位移)增加了約81.3mm,說明檁條和玻璃自重對豎向位移增加幅度較小,同時說明,三角形區(qū)域結(jié)構(gòu)剛度較大,鋼拉桿的張拉力能滿足要求。

        在安裝完成屋面玻璃后,鋼梁、撐桿及鋼拉桿的應力比均小于0.65,從計算結(jié)構(gòu)看,預應力對三形角采光頂鋼梁受力有較好改善作用。

        4 結(jié)語

        本研究對雙向張弦結(jié)構(gòu)施工全過程進行分析計算,并給出了鋼拉桿張拉順序、鋼拉桿張拉力、張拉過程中的鋼梁關鍵點的變形值、鋼構(gòu)件的應力比。采取“分段安裝→拉索后裝→初張拉→終張拉”的施工方法,取消整體拼裝工序,減少工裝措施費,節(jié)約資源,降低造價,同時增強了雙曲采光頂?shù)陌踩阅堋?/p>

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