大跨度多次預(yù)應(yīng)力鋼穹網(wǎng)殼設(shè)計(jì)與張拉監(jiān)控

1、. *; 大跨度多次預(yù)應(yīng)力鋼穹網(wǎng)殼設(shè)計(jì)與張拉監(jiān)控大跨度多次預(yù)應(yīng)力鋼穹網(wǎng)殼設(shè)計(jì)與張拉監(jiān)控 ss攀枝花體育館平面呈八角花瓣形(圖6-7-1),周圍用8個(gè)柱面相連,跨度近65m,曲邊八邊形外尚有l(wèi).944.16m不等的懸挑。屋蓋支承于標(biāo)高16.6m的8個(gè)混凝土圓柱頂上,相鄰柱距24.85m,殼中心標(biāo)高(節(jié)點(diǎn)球心)27.90m。最大平面覆蓋尺寸74.8m74.8m。該工程按7度抗震設(shè)防,屬類場(chǎng)地土,基本風(fēng)壓0.5kN/m2,屋面荷載4.11kN/m2。 網(wǎng)殼桿件用16Mn鋼管,計(jì)4633根,另加8大束鋼絞線預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)拉索,節(jié)點(diǎn)球986個(gè),其中大部分節(jié)點(diǎn)為鼓形螺栓球,少量(約15%)為焊接空心球。8個(gè)支

2、座采用橡膠墊板減振并消除溫度應(yīng)力。16Mn鋼網(wǎng)殼設(shè)計(jì)用鋼量為35.00kg/m2。 后因16Mn鋼管現(xiàn)貨匹配不齊,改用以大代小的Q235鋼管,屋面荷載變?yōu)?.25kN/m2,實(shí)際工程用量增至49.00kg/ m2。 該屋蓋結(jié)構(gòu)選型時(shí),除首先要滿足建筑功能、使用要求、安全可靠并符合設(shè)計(jì)規(guī)定外,還進(jìn)行了曲面平板網(wǎng)架、預(yù)應(yīng)力混凝土邊構(gòu)支承的鋼網(wǎng)殼、非預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼、預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼等多方案比較。分析表明,多次預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼比非預(yù)應(yīng)力鋼網(wǎng)殼節(jié)約鋼材36.61%,比平板網(wǎng)架省鋼54.88%。最后決定采用按多次預(yù)應(yīng)力組合式短程線型鋼網(wǎng)殼方案。據(jù)悉這是世界上多次預(yù)應(yīng)力新技術(shù)應(yīng)用于空間鋼結(jié)構(gòu)的首例工程。因國(guó)內(nèi)無(wú)網(wǎng)殼設(shè)

3、計(jì)規(guī)范,亦無(wú)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程,故工程設(shè)計(jì)只能參照相關(guān)規(guī)范和自身特點(diǎn)以及該項(xiàng)目階段性研究成果進(jìn)行。 第第1 1章章 預(yù)加應(yīng)力體系的選擇預(yù)加應(yīng)力體系的選擇 網(wǎng)殼的預(yù)加應(yīng)力體系包括布索方案、 預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)和預(yù)應(yīng)力拉索選型,在網(wǎng)殼中如何布索才能提高預(yù)應(yīng)力經(jīng)濟(jì)效益是關(guān)鍵問(wèn)題。布索的原則是:在預(yù)應(yīng)力的作用下，結(jié)構(gòu)具有最多數(shù)量的卸載桿,最少數(shù)量的增載桿和中性桿,以使網(wǎng)殼的卸載效應(yīng)大,從而收到明顯的效果。 網(wǎng)殼宜在下部殼外布索,其布索方案大致可分兩類(圖6.7-2):一類為殼邊緣布索邊構(gòu)街外布索(A-A)、支座兩兩相間配索(B-B);另一類為殼中部布索支座對(duì)角線配索(C-C)、對(duì)角線下?lián)问綒ね馀渌?D-D)

4、。 桿件卸載效應(yīng)和節(jié)點(diǎn)反拱度效應(yīng)分析結(jié)果顯示,中部布索方案的矢高大,易獲較大的反力矩,因而卸載與反拱度效應(yīng)均比邊緣布索方案明顯。由于建筑要布設(shè)吊頂,不容預(yù)加應(yīng)力體系結(jié)構(gòu)外露,故正式施工圖設(shè)計(jì)采用殼外下?lián)问街笔渌鞯倪吘壊妓鞣桨福ˋ-A)。該預(yù)加應(yīng)力體系方案與網(wǎng)殼的邊緣構(gòu)件和殼面構(gòu)件合二為一,僅需加大截面尺寸,以簡(jiǎn)化構(gòu)造。下?lián)卫鳛楦邚?qiáng)鋼絞線,通過(guò)間M錨具錨于預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn),考慮到平面外的穩(wěn)定性,特于側(cè)向加桿扶持。 為改善布索方案A-A矢高小的不利受力情況,在八條邊下設(shè)置了32根向上的撐桿,它能產(chǎn)生很大的上抬力,以彌補(bǔ)其卸載與反拱度效應(yīng)差的不足。 第第2 2章章 預(yù)應(yīng)力全過(guò)程計(jì)算原理及靜力分析預(yù)應(yīng)力

5、全過(guò)程計(jì)算原理及靜力分析 預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼全過(guò)程計(jì)算,實(shí)際上就是加載順序在網(wǎng)殼計(jì)算上的反映。 該屋蓋工程根據(jù)荷載的可分性、施工設(shè)備及工藝的可行性,在簡(jiǎn)化構(gòu)造的情況下,為最大限度提高結(jié)構(gòu)承載能力,節(jié)約鋼材、降低造價(jià),在征求施工單位意見(jiàn)后,決定采用以高強(qiáng)鋼絞線為預(yù)應(yīng)力拉桿的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)五階段設(shè)計(jì)。即“受載張拉一受載一張拉一受載的加載順序。首先,網(wǎng)殼拼裝就位后,加上約半數(shù)的屋面板重,使桿件處于受載狀態(tài),第一次利用荷載作用下桿件的允許承載能力;其次,張拉鋼索,大致按荷載比例確定初始預(yù)加力值,對(duì)整個(gè)網(wǎng)殼相當(dāng)大部分的桿件施加預(yù)應(yīng)力至其反向允許承載力的極限;再第二次加上首批余下的全部殼板重量,第二次利用荷載下桿件的

6、允許承載能力;然后第二次張拉鋼索達(dá)總預(yù)加力控制值,這時(shí),網(wǎng)殼又有相當(dāng)大部分桿件達(dá)到其反向允許承載力的極限;最后第三次將屋面構(gòu)造、室內(nèi)吊頂、燈光、馬道、水電管線等全部荷載加上,從而使網(wǎng)殼桿件的承載能力達(dá). *; 到設(shè)計(jì)值,第三次利用桿件的允許承載能力。 分析中,每當(dāng)全部荷載工況計(jì)算完畢,都要根據(jù)內(nèi)力組合結(jié)果,調(diào)整桿件截面,再進(jìn)行下一輪計(jì)算,并需復(fù)檢惡劣工況,再調(diào)桿件截面至滿足設(shè)計(jì)要求。 預(yù)加力值的選擇包括預(yù)加力值的初始值和最終控制值的確定,兩次預(yù)加力幅值變化及其引起不同的桿件內(nèi)力和經(jīng)濟(jì)效益等,問(wèn)題比較復(fù)雜。 預(yù)應(yīng)力值不是越大越好,而是要根據(jù)工程具體情況,調(diào)整至變形適度、桿力不能過(guò)大、桿件理論重量

7、最輕的最佳狀態(tài),這主要通過(guò)不同方案反復(fù)試算后優(yōu)選確定。本工程預(yù)加力值的初始值和最終控制值分別取450kN和250kN較為合適。按空桁法專用程序分析其內(nèi)力分布規(guī)律,理論分析與模型實(shí)測(cè)結(jié)果比較吻合。 第第3 3章章 動(dòng)力特性及地震反應(yīng)分析動(dòng)力特性及地震反應(yīng)分析 理論分析及模型試驗(yàn)表明,結(jié)構(gòu)體系的頻率分布成幾個(gè)密集區(qū)形式。加預(yù)應(yīng)力后,網(wǎng)殼的自振頻率有縮短趨勢(shì)。 當(dāng)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼作整體振動(dòng)(主要是基頻)時(shí),網(wǎng)殼各桿件間的相互拉力可以抵制其振動(dòng)幅值;但在大多數(shù)自振頻率下,網(wǎng)殼作局部振動(dòng)。采用反應(yīng)譜理論對(duì)結(jié)構(gòu)豎向地震反應(yīng)作了分析,從若干典型桿元的內(nèi)力反應(yīng)看,其最大的動(dòng)力效應(yīng)一般不超過(guò)靜力反應(yīng)的6.84%,進(jìn)行

8、內(nèi)力組合結(jié)果,對(duì)7度設(shè)防的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不起控制作用。 總的看來(lái),預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有良好的動(dòng)力特性和抗震性能。 第第4 4章章 預(yù)應(yīng)力施工預(yù)應(yīng)力施工 網(wǎng)殼拉索選用低松弛1860級(jí)4束7j12.7鋼絞線,閔M13-7型錨具。 第第1 1節(jié)節(jié) 預(yù)應(yīng)力筋下料穿束預(yù)應(yīng)力筋下料穿束 預(yù)應(yīng)力筋按各邊構(gòu)兩球節(jié)點(diǎn)間長(zhǎng)度加千斤頂施工長(zhǎng)度作為鋼絞線下料長(zhǎng)度。用電動(dòng)砂輪機(jī)切斷,逐根穿入球節(jié)點(diǎn)錨固。穿孔時(shí)應(yīng)對(duì)號(hào)入座,使所有鋼絞線在兩受力球節(jié)點(diǎn)中不得相互纏繞和錯(cuò)頭,每束須平行對(duì)稱定位。 由于預(yù)應(yīng)力筋完全外露在空間,張拉前用錯(cuò)具將鋼絞線作臨時(shí)錨固,待預(yù)應(yīng)力筋全部穿完后,因?yàn)椴捎谜鴱埨?需對(duì)每束(4束7j12.7)作長(zhǎng)度調(diào)整。

9、 調(diào)整方法為將每束中7根鋼絞線逐根由人工拉直,使每束7根鋼絞線在跨中相互撓度誤差不得超過(guò)10mm。 按此標(biāo)準(zhǔn)值控制,其縱向長(zhǎng)度誤差僅0.03mm,所以只需要保證每束跨中撓度相互誤差在10mm以內(nèi),縱向長(zhǎng)度誤差可忽略不計(jì)。這樣在鋼索張拉過(guò)程中,滿足了鋼絞線受力均勻的要求。 第第2 2節(jié)節(jié) 預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)應(yīng)力張拉 預(yù)應(yīng)力張拉根據(jù)網(wǎng)殼預(yù)應(yīng)力束布置特點(diǎn),選用16臺(tái)YCQ-100型千斤頂,8臺(tái)ZB4-500型電動(dòng)油泵,分別布置在8條邊構(gòu)交叉處。 網(wǎng)殼中每條邊構(gòu)鋼索設(shè)置有4束鋼絞線,由8套拉伸機(jī)分別對(duì)8條鋼索同時(shí)張拉。每次張拉需分兩批進(jìn)行。 為使球節(jié)點(diǎn)受力均勻,先將2臺(tái)千斤頂安放在對(duì)角束端部作第一批張拉,待

10、第一批張拉結(jié)束后再以相同方法作第二批對(duì)角束張拉。 因預(yù)應(yīng)力筋為直線體外束,故采用一端張拉,另一端錨固(圖6-7-3)。 當(dāng)分批張拉時(shí),兩端受力球會(huì)產(chǎn)生較大軸向變形;張拉又不能反復(fù)過(guò)多,以免夾片損傷鋼絞線。. *; 所以需提高先張拉的第一批鋼絞線張拉力,以解決第二批張拉時(shí)球節(jié)點(diǎn)軸向位移而產(chǎn)生的對(duì)第一批兩束的損失值。為更精確地確定超張拉值,在兩端球節(jié)點(diǎn)上分別安放位移計(jì),實(shí)測(cè)出第一批預(yù)應(yīng)力束張拉到設(shè)計(jì)張拉力時(shí)兩球節(jié)點(diǎn)之間的位移,從而得出實(shí)際超張拉值。 待第一批張拉到設(shè)計(jì)控制預(yù)應(yīng)力時(shí)暫不錨固,需補(bǔ)足超張拉值后再行錨固。 這樣在第二批預(yù)應(yīng)力結(jié)束后,使每邊構(gòu)中4束預(yù)應(yīng)力筋張拉力基本相等。最后工程實(shí)測(cè)位移值為13.8mm,設(shè)計(jì)計(jì)算位移為13.7mm,實(shí)測(cè)與計(jì)算基本吻合。 設(shè)計(jì)要求8條邊構(gòu)鋼索施加的預(yù)應(yīng)力必須同步進(jìn)行。 張拉由16臺(tái)千斤頂和8臺(tái)油泵控制,要做到同步,須控制8臺(tái)油泵的進(jìn)油量。 故采用分級(jí)同步方案,即將張拉控制應(yīng)力分5個(gè)級(jí)差,逐級(jí)提高張拉力?，F(xiàn)場(chǎng)由專人統(tǒng)一指揮控制各加油點(diǎn)級(jí)差的提高,以保證同步張拉。 第第3 3節(jié)節(jié) 鋼索及球節(jié)點(diǎn)的處理鋼索及球節(jié)點(diǎn)的處理 張拉結(jié)束后,將錨具外50mm處多余鋼絞線割斷。對(duì)球心灌入高標(biāo)號(hào)水泥漿,以加強(qiáng)錨固效果,最后用細(xì)石混凝土封閉錨頭。體外鋼索采用先刷紅丹磁漆2遍,后用石棉繩密纏鋼索,再用0.3mm鍍鋅