柔性預應力鋼結構施工工法

目錄HYPERLINK\l"_Toc122982481"一、預應力工程施工技術特點2HYPERLINK\l"_Toc122982482"二、柔性鋼結構安裝技術3HYPERLINK\l"_Toc122982483"1、施工前進行仿真計算4HYPERLINK\l"_Toc122982484"2、采用支撐架改變結構的狀態(tài)4HYPERLINK\l"_Toc122982485"3、使用先進儀器進行觀測5HYPERLINK\l"_Toc122982486"4、鋼管梁的預變形5HYPERLINK\l"_Toc122982487"三、預應力索施工程序6HYPERLINK\l"_Toc122982488"1、中庭索桁架索體施工流程6HYPERLINK\l"_Toc122982489"2、玻璃橋索體施工流程6HYPERLINK\l"_Toc122982490"3、預應力索對鋼結構的安裝精度的要求7HYPERLINK\l"_Toc122982491"4、預應力索放索與吊裝8HYPERLINK\l"_Toc122982492"5、預應力索安裝9HYPERLINK\l"_Toc122982493"6、預應力索張拉9HYPERLINK\l"_Toc122982494"7、中庭屋頂下弦主索張拉監(jiān)測方案16HYPERLINK\l"_Toc122982495"8、附圖17柔性預應力鋼結構的施工工法一、預應力工程施工技術特點本工程所涉及的預應力工程為預應力鋼結構。預應力鋼結構工程具有施工難度大、施工前期準備工作量大的特點，因此為使本工程達到設計質(zhì)量要求，確定本工程技術要點如下：1、預應力鋼結構的施工的技術要點體現(xiàn)在制索、掛索和預應力鋼索張拉過程中。雖然制索在工廠內(nèi)完成，但制索的精度應在施工技術設計中得到計算和控制。一些在制索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；2、施工技術設計中應確定施工順序，尤其是制索和預應力過程的順序。這里所謂的預應力過程是指施加預應力的過程。對預應力鋼結構預加預應力的過程應根據(jù)具體的結構類型分別采用改變剛性桿件或柔性索的長度等方法。本工程采用改變?nèi)嵝运鏖L度的方法，即張拉柔性索。對結構施加預應力，使預應力能夠分布到整個結構，達到預應力的目的，這個預應力過程必須與設計的預應力施加過程相一致。實際的預應力施加過程作為非線性疊加步加以分析，而對于預應力鋼結構來說尤其要區(qū)分其初始幾何狀態(tài)和預應力狀態(tài)。因為在有些預應力鋼結構初始幾何的張拉過程與施加預應力過程并不一致，這時預應力過程必須根據(jù)實際的設計情況加以區(qū)分，即首先完成曲線或曲面的張拉過程，再考慮為結構提供剛度的過程。如果這兩個狀態(tài)不一致時，預應力施加過程是不能一氣呵成的。簡言之，張拉結構的施工技術設計的主要內(nèi)容就是確定預應力過程的次序、步驟、采用的機械設備、每次預應力過程的張拉量值，同時控制結構的形狀變化，因為結構的形狀是與預應力分部相匹配。3、張力結構的施工技術設計應規(guī)定預應力過程的速率。因為在每一階段預應力過程中，結構都經(jīng)歷一個自適應的過程，結構會經(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。施工技術設計中應規(guī)定監(jiān)控的指標和參數(shù)。本工程中將采取可靠的監(jiān)測手段，對鋼結構的變形和預應力鋼索的受力進行實時監(jiān)測，以確保結構施工期安全，保證結構的初始狀態(tài)與原設計相符。4、張拉結構的施工技術設計還應規(guī)定結構的其他荷載，如屋面荷載、懸掛荷載的施加步驟和方法，盡可能均勻、對稱、勻速地施工，避免出現(xiàn)過大的集中荷載。二、柔性鋼結構安裝技術在施工中我們針對結構鉸支座多、施工狀態(tài)下結構本身空間穩(wěn)定性差、結構容易變形、預應力索對鋼結構安裝精度要求高、屋面荷載逐步增加等特點，和北京市建筑工程研究院預應力技術研究所進行技術合作，制定了相應的應對措施：1、施工前進行仿真計算施工前由預應力技術研究所利用有限元計算軟件進行預應力鋼結構的施工仿真計算，對各種工況下結構變形值、穩(wěn)定性，以及由此產(chǎn)生的影響進行了大量細致的計算和分析，為施工中重要環(huán)節(jié)（預應力＋桁架自重、預應力＋桁架自重＋屋面恒載及設計荷載三種工況）控制措施的制定提供了詳細的理論依據(jù)。2、采用支撐架改變結構的狀態(tài)鋼管梁及其支撐柱所組成結構的立面屬于四邊形結構，而且在四個支座中有三個鉸支座，屬于幾何可變體系，沒有任何剛度可言，因此我們針對柔性結構的特點，并結合現(xiàn)場實際情況，用腳手架搭設支撐架對鋼管梁進行多點支撐，使結構由柔性變成穩(wěn)定，解決了鋼梁下?lián)希瑫r利用滿堂腳手架較好的穩(wěn)定性，把高端柱附著在腳手架上，解決了高端柱的穩(wěn)定，垂直度得到了很好的保證，在本工程中基本沒有使用攬風繩。采用這種方法使結構始終處于可調(diào)整狀態(tài)，這種狀態(tài)一直保持到屋面所有結構安裝完畢。3、使用先進儀器進行觀測根據(jù)全站儀具有坐標觀測和激光測距的性能，采用極坐標法進行點對點的監(jiān)控，減少了中間環(huán)節(jié)，保證了安裝精度，為主索的安裝提供了良好的平臺。4、鋼管梁的預變形根據(jù)仿真計算的結果，柔性結構如果事先不采取措施最終的變形會很大，因此在詳圖深化設計過程中就對鋼管梁進行了反拱處理，每根鋼管梁最大反拱值在25~97mm之間，為保證結構外形美觀，反拱采用圓弧方式，反拱曲率半徑為1500mm。在安裝時由于鋼梁上每個位置的反拱值各不相同，因此事先用CAD放樣計算出拼裝點處的反拱值作為拼裝過程中標高控制的依據(jù)。結構最終變形和設計狀態(tài)吻合的非常好。三、預應力索施工程序本工程包含玻璃橋部分及中庭索桁架部分。中庭索桁架部分既有屋面索又有下弦索，玻璃橋部分只有下弦索。1、中庭索桁架索體施工流程預應力鋼索制作預應力鋼索制作運至現(xiàn)場并牽引展開吊至所在區(qū)腳手架上鋼桁架及鑄鋼件安裝掛索就位(下弦索和屋面索)張拉屋面索張拉下弦索施施工仿真計算校核力矩扳手監(jiān)測鋼索應力水準儀監(jiān)測上弦鋼管變形傳感器監(jiān)測鋼索應力水準儀監(jiān)測上弦鋼管變形屋面玻璃安裝鋼桁架在加工廠內(nèi)進行預拼裝2、玻璃橋索體施工流程預應力鋼索制作預應力鋼索制作運至現(xiàn)場并牽引展開鋼桁架及鑄鋼件安裝掛索安裝就位張拉下弦索傳感器監(jiān)測鋼索應力橋面玻璃安裝鋼桁架在加工廠內(nèi)進行預拼裝3、預應力索對鋼結構的安裝精度的要求由于索體的安裝精度很高，索體長度的調(diào)節(jié)量只有3到4厘米，因此為了保證整個結構的安裝精度，需要在把分段制作完成的桁架在工廠內(nèi)進行預拼裝。同時到現(xiàn)場后主桁架及中柱在復核完節(jié)點板銷孔間索體實際長度前嚴禁進行最終焊接。鋼結構的制作誤差應該控制在±5mm。由于在實際測量節(jié)點板銷孔間距離時，鋼尺在1～11號桁架只能緊貼鑄鋼件，因此實際測量的長度要比索體長度短，經(jīng)過計算，每根鋼索的測量長度為：桁架編號長索下料長度(mmm)短索下料長度(mmm)直徑(mm)長索測量長度(mmm)短索測量長度(mmm)13438434299463435834276234095338434634069338203334413302046334153299743244431853423242031831531022302624230999302406292452831042292222828772712026010362710025988824556232713624536232499216032014536215832012210188391719730188221717311151211333930151031331112～13號桁架為碟形鑄鋼件，銷孔間的距離即為鋼索長度。桁架編號直徑(mm)A測量長度(mm))B索測量長度(mmm)C索測量長度(mmm)D索測量長度(mmm)12306248420962882435133025213547253117604、預應力索放索與吊裝①中庭⑴在施工現(xiàn)場準備3米×40米的樓面以滿足索體放盤所需的空間要求；⑵針對索盤內(nèi)徑、外徑、高度、重量等參數(shù)提前加工放索架并運到現(xiàn)場；⑶塔吊將預應力索吊起安放至放索架上；⑷在地面開盤放索，放索采用人工牽引放索。放索由一端向另一端牽引。為防止散盤，對轉盤設置剎車和限位裝置。為防止索體在移動過程中與地面接觸，，索頭用布包住，在地面沿放索方向鋪設一些圓軸承，以保證索體不與地面接觸。⑸除部分長度短且質(zhì)量輕的索體采用人工方式搬運，大部分預應力拉索需塔吊配合吊裝到位。吊裝應在鋼結構安裝前進行。吊裝時使用鋼管作扁擔輔助吊具。②玻璃橋對于玻璃橋部分下弦索及中庭索桁架屋面索，由于大都較短（6米左右），吊裝及安掛時不需特殊輔助設備，采取人工和手動工具常規(guī)做法即可。5、預應力索安裝①腳手架支撐和鋪索馬道示意見附圖一、二、三。②中庭索桁架安裝步驟⑴安裝鋼桁架主梁⑵桁架主索吊裝到腳手架上；⑶安裝中柱及鑄鋼件，復核索體長度后，進行鋼桁架主梁及中柱的最終焊接；⑷安裝下弦索；⑸安裝屋面索；⑹一個施工區(qū)索體及鋼桁架全部安掛完畢；⑺張拉完成分區(qū)內(nèi)的索、安裝其他分區(qū)索。③玻璃橋索安掛步驟⑴一組鋼桁架剛性桿件安裝完畢；⑵掛接下弦索；⑶一段玻璃橋安掛完畢，張拉調(diào)直。6、預應力索張拉①中庭索桁架屋面索張拉鋼桁架安裝每完成一個分區(qū)即可張拉該分區(qū)索，先張拉屋面索再張拉下弦索。分區(qū)的原則是以抗震縫為分區(qū)邊界，共分為五個區(qū)，如下圖： 屋面索主要承擔聯(lián)系的作用，設計計算要求通過張拉使索調(diào)直、不松弛，張拉力為5kN±0.5kN；使用專用力矩扳手完成。張拉控制原則為張拉力達到設計值，力矩扳手顯示控制張拉力的大小。張拉分三次，第一次按張拉設計值依設計順序擰緊，由于各索之間的相互影響，全部擰緊一遍后，進行第二次張拉，第二次主要是微調(diào)為主，第三次張拉為中庭下弦主索張拉完成后，對屋面索按設計值進行校核。張拉時從中間向兩端對稱順序張拉。②中庭索桁架下弦索1）張拉設備的選用計算索張拉時，張拉力約26t左右，每根索需要兩臺千斤頂，4榀（8根索）同步，故選用16臺23t千斤頂。2）預應力鋼索張拉前標定張拉設備張拉設備采用北京市建筑工程研究院研制的預應力鋼結構用千斤頂和配套油泵、油壓傳感器及千斤頂支撐架。根據(jù)設計和預應力工藝要求的實際張拉力對油壓傳感器進行標定。標定書在張拉資料中給出。3）張拉時的技術參數(shù)及控制原則下弦主索張拉時的控制原則為：索力控制為主，伸長值控制為輔。根據(jù)結構設計圖紙（S0.01～S2.15）及2005年2月9日三杰施工詳圖（A1、2、3、4～N1、2、3、4及JRJ-LT-1～JRJ-LT-32）的結構與索體參數(shù)，及在6月11日報設計院的計算書，得出的結構預應力張拉值和變形如下，索體編號見文件最后的附圖四：桁架編號索體編號索長(mm)張拉力(kN)伸長值(mm)11A34384222±12（49±6）＋δ21B34299222±12（49±6）＋δ32A34095220±12（49±6）＋δ42B33843220±12（48±6）＋δ53A33441217±12（47±6）＋δ63B33020217±12（47±6）＋δ74A32444165±10（46±5）＋δ84B31853165±10（46±5）＋δ95A31022152±10（44±5）＋δ105B30262152±10（44±5）＋δ116A29245120±8（42±5）＋δ126B28310120±8（42±5）＋δ137A27120120±6（42±5）＋δ147B26010120±6（42±5）＋δ158A24556118±6（40±5）＋δ168B23271118±6（40±4）＋δ179A21603118±6（38±4）＋δ189B20145118±6（38±4）＋δ1910A1883974±4（31±3）＋δ2010B1719774±4（28±3）＋δ2111A1512174±4（23±2）＋δ2211B1333973±4（21±2）＋δ2312A624868±4（5±1）＋δ2412B420972±4（4±1）＋δ2512C628872±4（5±1）＋δ2612D243572±4（3±1）＋δ2713A252155±3（2±1）＋δ2813B354765±3（3±1）＋δ2913C253155±3（2±1）＋δ3013D176055±3（2±1）＋δδ綜合考慮鋼結構安裝及施工誤差因素而導致的伸長值改變，參照鋼結構施工有關規(guī)定，定為±13mm施工控制原則為：張拉時以張拉力作為主要控制要素，伸長值控制為輔。主索張拉力和伸長值為預應力鋼索施工記錄內(nèi)容。索力及伸長值施工誤差如上表。4）張拉的防護為了防止在張拉時對中柱產(chǎn)生的附加彎矩的不利作用，在高端主梁與中柱間設置臨時約束，在張拉下弦主索完成后去除，如下圖：5）第一個分區(qū)的張拉選擇第一個分區(qū)作為試驗架，施工前用仿真模擬張拉工況，以此作為指導試張拉的依據(jù)。試張拉逐級加載分成3級，分別為0.3、0.65、1.05σcon。張拉時千斤頂?shù)囊苿禹樞蛉缦拢孩畔葟埨虚g4榀（8根索，下圖中1和2位置處索），⑵在張拉力達到第一級后，將2位置處的千斤頂移動到3位置處⑶進行3位置處索第一級力的張拉；⑷在3位置處索張拉完成后，將3位置出的千斤頂移動到2位置；⑸對各種檢測數(shù)據(jù)進行讀數(shù)；⑹進行中間4榀（8根索，下圖中1和2位置處索）的第二級張拉；⑺如此反復完成三級張拉。試張拉完成后，整理出各張拉技術參數(shù)的控制指標值，形成技術文件，用于指導正式張拉。6）正式張拉正式張拉前，張拉設備和工具等輔助設備全部準備及加工到位運至現(xiàn)場。張拉時，服從統(tǒng)一指揮，按張拉給定的控制技術參數(shù)進行精確控制張拉。張拉的標準作業(yè)程序為：安裝千斤頂，測量讀數(shù)安裝千斤頂，測量讀數(shù)張拉至0.3Tcon，測量讀數(shù)張拉至0.65Tcon，測量讀數(shù)張拉至1.05Tcon，測量讀數(shù)必要時個別調(diào)整張拉2到5分區(qū)的張拉順序參照第一分區(qū)的張拉順序，具體見下圖：7）預應力鋼索張拉測量記錄張拉前可把預應力鋼索在受力為5kN時的調(diào)節(jié)頭長度作為原始長度，當張拉完成后，再次測量調(diào)節(jié)頭部分長度，兩者之差即為實際伸長值。除了張拉長度記錄，還應該對油壓傳感器測得拉力記錄下來，以對結構施工期行為進行監(jiān)測。8）張拉質(zhì)量控制方法和要求張拉時按標定的數(shù)值進行張拉，用伸長值和油壓傳感器數(shù)值進行校核；認真檢查張拉設備和與張拉設備相接的鋼索，以保證張拉安全、有效；張拉嚴格按照操作規(guī)程進行，控制給油速度，給油時間不應低于0.5min；張拉設備形心應與預應力鋼索在同一軸線上；實測伸長值與計算伸長值相差超過允許誤差時，應停止張拉，報告工程師進行處理。③玻璃橋索下弦索張拉玻璃橋索張拉力較小，采用千斤頂進行張拉。張拉時的控制原則為張拉力達到設計值。位于同一個鑄鋼節(jié)點處的4根索相互協(xié)調(diào)對稱同時張拉。張拉也分二次張拉，第二次主要是微調(diào)為主。玻璃橋施工控制原則為：張拉時以索體能夠達到繃緊作為主要控制原則，即主索張拉力為5～10kN，此時索體應該處于繃直狀態(tài)。張拉力作為預應力纜索施工記錄內(nèi)容。張拉時從中間向兩端對稱順序張拉。7、中庭屋頂下弦主索張