柔性預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工工法

目錄一、預(yù)應(yīng)力工程施工技術(shù)特點(diǎn) 2二、柔性鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù) 31、施工前進(jìn)行仿真計算 42、采用支撐架改變結(jié)構(gòu)的狀態(tài) 43、使用先進(jìn)儀器進(jìn)行觀測 54、鋼管梁的預(yù)變形 5三、預(yù)應(yīng)力索施工程序 61、中庭索桁架索體施工流程 62、玻璃橋索體施工流程 63、預(yù)應(yīng)力索對鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度的要求 74、預(yù)應(yīng)力索放索與吊裝 85、預(yù)應(yīng)力索安裝 96、預(yù)應(yīng)力索張拉 97、中庭屋頂下弦主索張拉監(jiān)測方案 168、附圖 17

柔性預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的施工工法一、預(yù)應(yīng)力工程施工技術(shù)特點(diǎn)本工程所涉及的預(yù)應(yīng)力工程為預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)工程具有施工難度大、施工前期準(zhǔn)備工作量大的特點(diǎn)，因此為使本工程達(dá)到設(shè)計質(zhì)量要求，確定本工程技術(shù)要點(diǎn)如下：1、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的施工的技術(shù)要點(diǎn)體現(xiàn)在制索、掛索和預(yù)應(yīng)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(yīng)在施工技術(shù)設(shè)計中得到計算和控制。一些在制索過程中無法達(dá)到的精度或產(chǎn)生的誤差宜在施工過程中通過相關(guān)的技術(shù)手段進(jìn)行彌補(bǔ)；2、施工技術(shù)設(shè)計中應(yīng)確定施工順序，尤其是制索和預(yù)應(yīng)力過程的順序。這里所謂的預(yù)應(yīng)力過程是指施加預(yù)應(yīng)力的過程。對預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)預(yù)加預(yù)應(yīng)力的過程應(yīng)根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，使預(yù)應(yīng)力能夠分布到整個結(jié)構(gòu)，達(dá)到預(yù)應(yīng)力的目的，這個預(yù)應(yīng)力過程必須與設(shè)計的預(yù)應(yīng)力施加過程相一致。實(shí)際的預(yù)應(yīng)力施加過程作為非線性疊加步加以分析，而對于預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)來說尤其要區(qū)分其初始幾何狀態(tài)和預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。因?yàn)樵谟行╊A(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)初始幾何的張拉過程與施加預(yù)應(yīng)力過程并不一致，這時預(yù)應(yīng)力過程必須根據(jù)實(shí)際的設(shè)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(jié)構(gòu)提供剛度的過程。如果這兩個狀態(tài)不一致時，預(yù)應(yīng)力施加過程是不能一氣呵成的。簡言之，張拉結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)設(shè)計的主要內(nèi)容就是確定預(yù)應(yīng)力過程的次序、步驟、采用的機(jī)械設(shè)備、每次預(yù)應(yīng)力過程的張拉量值，同時控制結(jié)構(gòu)的形狀變化，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的形狀是與預(yù)應(yīng)力分部相匹配。3、張力結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)設(shè)計應(yīng)規(guī)定預(yù)應(yīng)力過程的速率。因?yàn)樵诿恳浑A段預(yù)應(yīng)力過程中，結(jié)構(gòu)都經(jīng)歷一個自適應(yīng)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(yù)應(yīng)力過程的監(jiān)控十分重要。施工技術(shù)設(shè)計中應(yīng)規(guī)定監(jiān)控的指標(biāo)和參數(shù)。本工程中將采取可靠的監(jiān)測手段，對鋼結(jié)構(gòu)的變形和預(yù)應(yīng)力鋼索的受力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以確保結(jié)構(gòu)施工期安全，保證結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)與原設(shè)計相符。4、張拉結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)設(shè)計還應(yīng)規(guī)定結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安裝技術(shù)在施工中我們針對結(jié)構(gòu)鉸支座多、施工狀態(tài)下結(jié)構(gòu)本身空間穩(wěn)定性差、結(jié)構(gòu)容易變形、預(yù)應(yīng)力索對鋼結(jié)構(gòu)安裝精度要求高、屋面荷載逐步增加等特點(diǎn)，和北京市建筑工程研究院預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究所進(jìn)行技術(shù)合作，制定了相應(yīng)的應(yīng)對措施：1、施工前進(jìn)行仿真計算施工前由預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究所利用有限元計算軟件進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的施工仿真計算，對各種工況下結(jié)構(gòu)變形值、穩(wěn)定性，以及由此產(chǎn)生的影響進(jìn)行了大量細(xì)致的計算和分析，為施工中重要環(huán)節(jié)（預(yù)應(yīng)力＋桁架自重、預(yù)應(yīng)力＋桁架自重＋屋面恒載及設(shè)計荷載三種工況）控制措施的制定提供了詳細(xì)的理論依據(jù)。2、采用支撐架改變結(jié)構(gòu)的狀態(tài)鋼管梁及其支撐柱所組成結(jié)構(gòu)的立面屬于四邊形結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，用腳手架搭設(shè)支撐架對鋼管梁進(jìn)行多點(diǎn)支撐，使結(jié)構(gòu)由柔性變成穩(wěn)定，解決了鋼梁下?lián)?，同時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(fēng)繩。采用這種方法使結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)安裝完畢。3、使用先進(jìn)儀器進(jìn)行觀測根據(jù)全站儀具有坐標(biāo)觀測和激光測距的性能，采用極坐標(biāo)法進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)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(yù)變形根據(jù)仿真計算的結(jié)果，柔性結(jié)構(gòu)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(shè)計過程中就對鋼管梁進(jìn)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(jié)構(gòu)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(diǎn)處的反拱值作為拼裝過程中標(biāo)高控制的依據(jù)。結(jié)構(gòu)最終變形和設(shè)計狀態(tài)吻合的非常好。

三、預(yù)應(yīng)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2、玻璃橋索體施工流程3、預(yù)應(yīng)力索對鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的安裝精度，需要在把分段制作完成的桁架在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝。同時到現(xiàn)場后主桁架及中柱在復(fù)核完節(jié)點(diǎn)板銷孔間索體實(shí)際長度前嚴(yán)禁進(jìn)行最終焊接。鋼結(jié)構(gòu)的制作誤差應(yīng)該控制在±5mm。由于在實(shí)際測量節(jié)點(diǎn)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(shí)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(mm)短索下料長度(mm)直徑(mm)長索測量長度(mm)短索測量長度(mm)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(mm)C索測量長度(mm)D索測量長度(mm)12306248420962882435133025213547253117604、預(yù)應(yīng)力索放索與吊裝①中庭⑴在施工現(xiàn)場準(zhǔn)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(yùn)到現(xiàn)場；⑶塔吊將預(yù)應(yīng)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(zhuǎn)盤設(shè)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(shè)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(yùn)，大部分預(yù)應(yīng)力拉索需塔吊配合吊裝到位。吊裝應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)安裝前進(jìn)行。吊裝時使用鋼管作扁擔(dān)輔助吊具。②玻璃橋?qū)τ诓Ａ虿糠窒孪宜骷爸型ニ麒旒芪菝嫠鳎捎诖蠖驾^短（6米左右），吊裝及安掛時不需特殊輔助設(shè)備，采取人工和手動工具常規(guī)做法即可。5、預(yù)應(yīng)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(fù)核索體長度后，進(jìn)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(yù)應(yīng)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(dān)聯(lián)系的作用，設(shè)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(dá)到設(shè)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(shè)計值依設(shè)計順序擰緊，由于各索之間的相互影響，全部擰緊一遍后，進(jìn)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(shè)計值進(jìn)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(shè)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(yù)應(yīng)力鋼索張拉前標(biāo)定張拉設(shè)備張拉設(shè)備采用北京市建筑工程研究院研制的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)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(shè)計和預(yù)應(yīng)力工藝要求的實(shí)際張拉力對油壓傳感器進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定書在張拉資料中給出。3）張拉時的技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)與索體參數(shù)，及在6月11日報設(shè)計院的計算書，得出的結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)安裝及施工誤差因素而導(dǎo)致的伸長值改變，參照鋼結(jié)構(gòu)施工有關(guān)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(yù)應(yīng)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(hù)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(shè)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(yàn)架，施工前用仿真模擬張拉工況，以此作為指導(dǎo)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(dá)到第一級后，將2位置處的千斤頂移動到3位置處⑶進(jìn)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(jìn)行讀數(shù)；⑹進(jìn)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(fù)完成三級張拉。試張拉完成后，整理出各張拉技術(shù)參數(shù)的控制指標(biāo)值，形成技術(shù)文件，用于指導(dǎo)正式張拉。6）正式張拉正式張拉前，張拉設(shè)備和工具等輔助設(shè)備全部準(zhǔn)備及加工到位運(yùn)至現(xiàn)場。張拉時，服從統(tǒng)一指揮，按張拉給定的控制技術(shù)參數(shù)進(jìn)行精確控制張拉。張拉的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序?yàn)椋?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(yù)應(yīng)力鋼索張拉測量記錄張拉前可把預(yù)應(yīng)力鋼索在受力為5kN時的調(diào)節(jié)頭長度作為原始長度，當(dāng)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(shí)際伸長值。除了張拉長度記錄，還應(yīng)該對油壓傳感器測得拉力記錄下來，以對結(jié)構(gòu)施工期行為進(jìn)行監(jiān)測。8）張拉質(zhì)量控制方法和要求張拉時按標(biāo)定的數(shù)值進(jìn)行張拉，用伸長值和油壓傳感器數(shù)值進(jìn)行校核；認(rèn)真檢查張拉設(shè)備和與張拉設(shè)備相接的鋼索，以保證張拉安全、有效；張拉嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，控制給油速度，給油時間不應(yīng)低于0.5min；張拉設(shè)備形心應(yīng)與預(yù)應(yīng)力鋼索在同一軸線上；實(shí)測伸長值與計算伸長值相差超過允許誤差時，應(yīng)停止張拉，報告工程師進(jìn)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(jìn)行張拉。張拉時的控制原則為張拉力達(dá)到設(shè)計值。位于同一個鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(dá)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(yīng)該處于繃直狀態(tài)。張拉力作為預(yù)應(yīng)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拉監(jiān)測方案根據(jù)設(shè)計計算，對實(shí)施大噸位張拉的中庭屋頂下弦受力