預(yù)應(yīng)力拉索張弦梁施工技術(shù)

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(yù)應(yīng)力拉索張弦梁施工技術(shù)

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(yù)緊、吊裝組合、預(yù)應(yīng)力張拉的施工方案。通過預(yù)應(yīng)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(shè)計(jì)要求和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

【關(guān)鍵詞】商品展示中心；張弦梁結(jié)構(gòu);預(yù)應(yīng)力拉索;施工技術(shù)

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(yù)應(yīng)力張弦梁結(jié)構(gòu)。平面內(nèi)布置共5榀預(yù)應(yīng)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(qiáng)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(yù)應(yīng)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(yù)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(diǎn)為29.25 m，單榀預(yù)應(yīng)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(shù)要點(diǎn)

(1)預(yù)應(yīng)力張弦結(jié)構(gòu)的上橫梁長(zhǎng)細(xì)比非常大，整體剛度較差，需保證預(yù)應(yīng)力的順利實(shí)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(yù)應(yīng)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(jìn)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(cè)確定。

(3)該區(qū)域張弦梁須在地面拼裝完成，安裝好預(yù)應(yīng)力拉索，然后實(shí)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(shè)置臨時(shí)吊點(diǎn)，在地面設(shè)置臨時(shí)胎架,通過卷揚(yáng)機(jī)和手拉葫蘆對(duì)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(dǎo)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(shù)措施

3.1結(jié)構(gòu)施工流程

輪廓放樣制作→搭設(shè)胎架→張弦梁拼裝→掛索預(yù)緊→設(shè)置屋面臨時(shí)吊點(diǎn)→提升構(gòu)件→平移就位→螺栓固定→ 次梁組合→預(yù)應(yīng)力張拉→拉力、起拱參數(shù)監(jiān)測(cè)→主次梁終焊→檢查驗(yàn)收。

3.2張弦梁拼裝

(1)在張弦梁吊裝區(qū)域地面設(shè)置拼裝胎架，胎架應(yīng)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(jìn)行張弦梁弦桿、撐桿、索球的定位和焊接，應(yīng)保證構(gòu)件的尺寸精度。

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

(4)測(cè)量張弦梁的長(zhǎng)度、寬度以及構(gòu)件平面的彎曲值，發(fā)現(xiàn)偏差進(jìn)行校正修復(fù)。

3.3穿索預(yù)緊

本工程高強(qiáng)鋼絲拉索截面面積5 024 mm2,鋼絲強(qiáng)度1 670 kN/mm2，設(shè)計(jì)索力1 414 kN，抗拉強(qiáng)度1 670 MPa，總長(zhǎng)度30 m，重約1 t。安裝拉索時(shí)借助電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)、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(diǎn)固定進(jìn)行輕微張拉，達(dá)到預(yù)緊的要求,并及時(shí)調(diào)整拉索的位置。過程中嚴(yán)格檢查拉索的扭轉(zhuǎn)和連接情況，防止拉索與節(jié)點(diǎn)扭轉(zhuǎn)變形連接，使預(yù)應(yīng)力拉索保持順直狀態(tài)。為防止索體在移動(dòng)過程中與地面接觸，損壞索具保護(hù)層及損傷索體，對(duì)索頭應(yīng)采取包裹保護(hù)措施。同時(shí)在地面鋪設(shè)短鋼管，在索體移動(dòng)時(shí)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(shí)安裝次梁，保證張弦梁的平面外穩(wěn)定。

(2)設(shè)置支撐吊點(diǎn)。張弦梁構(gòu)件進(jìn)行組拼時(shí)，在屋頂混凝土框架梁牛腿上設(shè)置臨時(shí)支撐吊點(diǎn)，支撐吊點(diǎn)需具備足夠的剛度及荷載要求，以保證吊裝安全。施工時(shí)臨時(shí)支撐吊點(diǎn)制作兩個(gè)，循環(huán)使用。臨時(shí)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(diǎn)吊裝示意見圖3。

圖3　支撐吊點(diǎn)吊裝示意效果

(3)操作平臺(tái)。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(gè)吊點(diǎn)位置設(shè)置兩個(gè)簡(jiǎn)易吊裝掛籃平臺(tái)，掛籃平臺(tái)采用塔吊進(jìn)行移動(dòng)和就位。

(4)吊裝方法。單榀張弦梁最大重量約12 t,單個(gè)吊點(diǎn)最大承受6 t荷載。現(xiàn)場(chǎng)采用8 t卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝，卷揚(yáng)機(jī)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(gè)10 t手拉葫蘆平移挪動(dòng)鋼梁至預(yù)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(duì)講機(jī)與指揮人員協(xié)調(diào)進(jìn)行下降動(dòng)作，保持步調(diào)一致，使鋼梁緩緩降入安裝位，迅速安裝高強(qiáng)螺母并初步擰緊，防止鋼梁竄位，然后依次逐步將全部高強(qiáng)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(gè)將高強(qiáng)螺栓按初擰終擰分兩次擰緊。檢查扭力讀數(shù)，數(shù)值應(yīng)符合設(shè)計(jì)值方可停止。

3.5拉索張拉

(1)張拉設(shè)備的選型與標(biāo)定。據(jù)設(shè)計(jì)要求張拉值為379 kN，張拉設(shè)備采用相應(yīng)的千斤頂和配套油泵,據(jù)設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng)力工藝要求的實(shí)際張拉力對(duì)千斤頂、油壓傳感器進(jìn)行標(biāo)定。張拉設(shè)備組合示意見圖4。

圖4　張拉設(shè)備組合示意

(2)張拉應(yīng)力控制。預(yù)應(yīng)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(shí)進(jìn)行同步監(jiān)控。張拉過程中如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)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(diǎn)。

①張拉設(shè)備安裝：由于本工程張拉設(shè)備組件較多，在進(jìn)行安裝時(shí)必須小心安放，使張拉設(shè)備形心與鋼索重合，以保證預(yù)應(yīng)力鋼索在進(jìn)行張拉時(shí)不產(chǎn)生偏心。

②預(yù)應(yīng)力鋼索張拉：油泵啟動(dòng)供油正常后，開始加壓，當(dāng)壓力達(dá)到鋼索設(shè)計(jì)拉力時(shí)，超張拉5 %左右，然后停止加壓，完成預(yù)應(yīng)力鋼索張拉。張拉時(shí)，要控制給油速度，給油時(shí)間不應(yīng)低于0.5 min。

(4)預(yù)應(yīng)力鋼索張拉監(jiān)測(cè)。主要以索力值及張弦梁豎向起拱值為監(jiān)測(cè)對(duì)象。

①對(duì)鋼索拉力的監(jiān)測(cè)采用油壓傳感器測(cè)試，以保證預(yù)應(yīng)力鋼索施張后的應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。具體測(cè)量原理：張拉過程中油泵的油壓通過油壓傳感器測(cè)量出來，轉(zhuǎn)化為力，通過電子讀數(shù)儀讀出索力值。

②在預(yù)應(yīng)力鋼索進(jìn)行張拉時(shí)，整體結(jié)構(gòu)部分會(huì)隨之變形，并且通過結(jié)構(gòu)變形量可以判斷預(yù)應(yīng)力施加大小。本工程經(jīng)施工仿真計(jì)算，確定的張弦梁最大豎向起拱值為 40 mm，對(duì)每榀張弦梁布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析處理。變形監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1　變形監(jiān)測(cè)記錄表　mm

注：反拱為正、下?lián)蠟樨?fù)

③預(yù)應(yīng)力施加過程中，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力施加值密切相關(guān)，張拉過程中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)采用了振弦應(yīng)變計(jì)，每個(gè)點(diǎn)對(duì)稱布置兩個(gè)振弦應(yīng)變計(jì)。通過對(duì)每榀張弦梁的監(jiān)測(cè)，滿足設(shè)計(jì)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(duì)張弦梁整體結(jié)構(gòu)的尺寸復(fù)核檢查，預(yù)應(yīng)力張拉索力和伸長(zhǎng)值根據(jù)復(fù)核后尺寸作適當(dāng)調(diào)整。

②張拉力按標(biāo)定的數(shù)值進(jìn)行，用伸長(zhǎng)值和壓力傳感器數(shù)值進(jìn)行校核。

③認(rèn)真檢查張拉設(shè)備及與張拉設(shè)備相接的鋼索，以保證張拉安全、有效。

④張拉嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，控制給油速度，給油時(shí)間不應(yīng)低于0.5 min。

⑤張拉設(shè)備形心應(yīng)與預(yù)應(yīng)力鋼索在同一軸線上。

4結(jié)束語

在上述施工方案的指導(dǎo)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(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)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(xì)的施工方法，提出了張弦梁施工中需注意的重點(diǎn)難點(diǎn)事項(xiàng)，為同類工程的施工提供良好的借鑒作用。

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【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

【中圖分類號(hào)】TU757.3

[作者簡(jiǎn)介]陳勝(1970～),男,高級(jí)工程師；蔣超(1983～),男,工程師。

[定稿日期]2015-08-25