精品文檔推薦大跨度多次預(yù)應(yīng)力鋼穹網(wǎng)殼設(shè)計與張拉監(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個柱面相連 跨度近65m,曲 邊八邊形外尚有 l.944.16m 不等的懸挑。屋蓋支承于標(biāo)高 16.6m 的8個混凝土圓柱頂 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74.8m X74.8 m。該工程按7度抗震設(shè)防，屬I類場地土，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,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個支座采用橡膠墊板

2、減振并消除溫度應(yīng)力。16Mn鋼網(wǎng)殼設(shè)計用鋼量為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)?4.25kN/m2, 實(shí)際工程用量增至 49 .00kg/ m2 。該屋蓋結(jié)構(gòu)選型時 ,除首先要滿足建筑功能、 使用要求、 安全可靠并符合設(shè)計規(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

3、首例工程。因國內(nèi)無網(wǎng)殼 設(shè)計規(guī)范 ,亦無預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程 ,故工程設(shè)計只能參照相關(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1章 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角線配索 (C

4、-C) 、對角線下?lián)问綒ね馀渌?(D-D) 。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)計采用殼外 下?lián)问街笔渌鞯倪吘壊妓鞣桨?( A-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 ,以簡化構(gòu)造。下?lián)卫鳛楦邚?qiáng)鋼絞線 ,通過間 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

5、補(bǔ)其卸載與反拱度效應(yīng)差的不足。第2章預(yù)應(yīng)力全過程計算原理及靜力分析預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼全過程計算 ,實(shí)際上就是加載順序在網(wǎng)殼計算上的反映。 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 ,在征求施工單位意見后 ,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。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 整個網(wǎng)殼相當(dāng)大部分的桿件施加預(yù)

6、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 ,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)行下一輪計算 ,并需復(fù)檢惡劣 工況,再調(diào)桿件截面至滿足設(shè)計要求。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)

7、效益等 ,問題比較復(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、 桿力不能過大、 桿件理論重量最輕的最佳狀 態(tài) ,這主要通過不同方案反復(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)測結(jié)果比較吻合。第3章 動力特性及地震反應(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。當(dāng)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼作整體振動 （主要是基頻 ）時,網(wǎng)殼各桿件間 的相互拉力可以抵制其振動幅值 ;但在大多數(shù)自振頻率下 ,網(wǎng)殼作局部振動。采用反應(yīng)

8、 譜理論對結(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 ,其最大的動力效 應(yīng)一般不超過靜力反應(yīng)的 6.84%, 進(jìn)行內(nèi)力組合結(jié)果 ,對7度設(shè)防的結(jié)構(gòu)設(shè)計不起控制 作用?？偟目磥?,預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)具有良好的動力特性和抗震性能。第4章 預(yù)應(yīng)力施工網(wǎng)殼拉索選用低松弛1860級4束7j12.7鋼絞線，閔M13-7型錨具預(yù)應(yīng)力筋按各邊構(gòu)兩球節(jié)點(diǎn)間長度加千斤頂施工長度作為鋼絞線下料長度。用電 動砂輪機(jī)切斷 ,逐根穿入球節(jié)點(diǎn)錨固。穿孔時應(yīng)對號入座 ,使所有鋼絞線在兩受力球節(jié) 點(diǎn)中不得相互纏繞和錯頭 ,每束須平行對稱定位。由于預(yù)應(yīng)力筋完全外露在空間 ,張拉前用錯具將鋼絞線作臨時錨固 ,待預(yù)應(yīng)力筋全

9、部穿完后，因?yàn)椴捎谜鴱埨?需對每束(4束7 ©12.7)作長度調(diào)整。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 10mm 。 按此標(biāo)準(zhǔn)值控制 ,其縱向長度誤差僅 0.03mm, 所以只需要保證每束跨中撓度相互誤差 在10mm以內(nèi)，縱向長度誤差可忽略不計。這樣在鋼索張拉過程中，滿足了鋼絞線受力 均勻的要求。第 2節(jié)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YCQ-100型千斤頂，8臺ZB4-50 0 型電動油泵 ,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 8條鋼索同時張拉。每

10、次張拉需分兩批進(jìn)行。為使球節(jié)點(diǎn)受力均勻 ，先將2臺千斤頂安放在對角束端部作第一 批張拉 ，待第一批張拉結(jié)束后再以相同方法作第二批對角束張拉。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 ，兩端受力球會產(chǎn)生較大軸向變形 ;張拉又不能反復(fù)過多 ，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球節(jié)點(diǎn)軸向 位移而產(chǎn)生的對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 ，實(shí)測出第一批預(yù)應(yīng)力束張拉到設(shè)計張拉力時兩球節(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)計控制預(yù)應(yīng)力時暫不錨固 ,需補(bǔ)

11、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)測位移值為 13.8mm, 設(shè)計計算位移為 13.7mm, 實(shí)測與計算基本吻合。設(shè)計要求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臺千斤頂和 8臺油泵 控制,要做到同步 ,須控制 8臺油泵的進(jìn)油量。故采用分級同步方案 ,即將張拉控制應(yīng)力分 5個級差 ,逐級提高張拉力。 現(xiàn)場由專人統(tǒng)一指揮控制各加油點(diǎn)級差的提高 ,以保證同步 張拉。第3節(jié)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。對球心灌入高標(biāo)號水泥漿 ,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