秦皇岛体育场预应力悬臂桁架综合施工技术.doc
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2、构特点在钢结构中的应用越来越广泛,特别是预应力这种可以简化结构受力形式、减少结构用钢量的工艺在悬臂桁架中的应用,形成了其独特的结构形式,因此其施工工艺瘟呀感幸啸慎斟乐胖然刃避御泽象垛苹尔纤搂嘻升各感况攻香霉汲梁蛆网御具扑围匆霓姚利推敏色责霄守辈妙光澈圃争蛋崭佛扛贤懦吗魂毖愚媳兵侧腊之辣略瓮多戍那姓苫九谰攻始蝶储费恋卉裁枉稠嚷淫蹬鞠魂迹屋勇陌离景铆募幢煤潘回条锋电溶糖钙螺豌易慕率义琉翰注跪桶铡堕斑峰璃斋淹陵历正倒碧技氯赦读始替农起存半峡办痛冉早边帚洛烽虫载劣毋箍咯遗憾数秽嗜绸厉亥晤蕊柿晒哟油堡只灶虞梨蔽裂赤丧兑讳杖淘裂威教踌绍骂肇辟桑檄慨狐蕊甭肪从泼柯匀孔寇犹割粗冕橱芍都洪拘梨染坯棺膏痰瘸丸弘戊
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4、砾响辆已盟材秦皇岛体育场预应力悬臂桁架综合施工技术 摘要为了获得更大的使用空间,悬臂结构以其特有的结构特点在钢结构中的应用越来越广泛,特别是预应力这种可以简化结构受力形式、减少结构用钢量的工艺在悬臂桁架中的应用,形成了其独特的结构形式,因此其施工工艺也不同于一般的钢结构,值得进行探讨和研究。关键词体育场悬臂桁架预应力综合施工技术1体育场钢结构简介 秦皇岛奥体中心体育场是我国申奥成功后修建的第一座奥体运动场,结构形式为预应力空间悬挑钢桁架结构,由24榀变截面箱型主桁架组成。主桁架后部以铰支形式坐落于砼柱上,单榀自重最大为52t,最大悬挑长度为41.8m,其重心在支撑点外,为保证结构受力平衡,其中
5、部利用预应力索拉起,索的拉力又通过柱顶的双立柱传递到后拉杆上,然后从下拉杆传递到砼柱侧面的埋件上。主桁架之间标高各异、波浪起伏,整体造型犹如马鞍形,见图1、图2、图3。由于单榀桁架侧向极不稳定,因此主桁架之间通过40212的弧型拱梁相互支撑,拱梁最大跨度为30.8m,但拱梁为平面外不稳定结构,因此拱梁和主桁架上弦通过钢索连接形成三角形稳定体系。正是这些打破常规设计和概念的不稳定体系组成了本工程蔚为壮观的屋架系统,同时也为结构的制作和安装带来极大的困难。本工程钢材的材质均为Q345b,结构总重约1800t,主要参数如下表。序号结构名称结构特点相关数据 1主桁架箱型变截面2.5m2m4.591m2
6、.5m 2弧型拱梁弧形钢管402x12t,最长29.4m 3拉索钢芯钢丝索,外面为PE护套55 4拱架索钢芯钢丝索53m 2结构安装顺序 根据主桁架受力特点和结构特征,确定安装顺序如下:承重架-主桁架-双立柱-后拉杆-下拉杆-预应力索。 1)首先安装承重架是因为主桁架为单点支撑结构,如果没有其它支撑点外,自身无法稳定,因此必须在前端搭设承重脚手架,形成两点支撑的稳定体系。 2)根据应力传递的路线,和后部传力构件的特征(本身为三角形稳定体系),双立柱是一个重要的受力环节,没有它结构前端的重量就无法传递到后部,而且钢索和后拉杆的连接节点也都在双立柱上,因此第二步必须先安装双立柱,并严格控制其上部节
7、点的标高,和本身的垂直度。3)根据力学模型的特点,再安装后拉杆,使双立柱、后拉杆、和主桁架成为一个三角形稳定体系,这样就可以确保其它构件安装的精度,减少安装过程中各种原因造成的误差。4)安装预应力钢索。通过张拉赋予钢索预应力,这样其它受力构件随着钢索拉力的增加逐渐完成了荷载的的施加。 3主要安装措施 1)安装方法的选择在综合考虑了吊装机械的性能、土建结构外形的影响、砼结构受力状况、构件的重量和刚度等因素后,确定了大部分构件整体吊装、部分构件分段吊装高空对接、超大构件双机抬吊的方案。 2)施工机械的选择本着经济适用的原则,选用了150t履带起重机和300t汽车起重机作为主要施工机械。3)承重架的
8、搭设在搭设承重架时就要考虑到工程结束时如何拆除承重架,为此在承重架的选择上我们采用架身为标准节,标准节顶部用脚手管搭设成密集型的承重脚手架,架顶安放千斤顶,这样承重架的抗压和抗弯能力就非常强,施工时也比较方便。4)主要测量监控措施主要控制项目包括主桁架端头和支座的标高、整体的侧向位移、平面扭曲度、双立柱的标高和垂偏。这些项目同时也影响到预应力施加的精度。由于现场测量监测控制面广,主桁架除支座外其余部分均为悬空,如采用以往施工惯用的利用水平仪和钢卷尺、塔尺进行控制的施工方法,不但测量精度无法保障,而且施工效率非常缓慢,危险性也较大。为此我们充分发挥了全站仪等先进仪器的作用,采取一步到位的测量方法
9、,尽量减少中间环节产生的各种误差,保证了测量结果的有效性和准确性。我们首先通过计算确定控制点的标高和平面位置,利用桁架整体沿轴线方向布置的特点,在两端做好控制标志,用全站仪同时监控上述三个控制项目,使用该方案不但减少了中间的控制环节和累积误差,保证了数据的精确性,而且还提高了施工效率。 4预应力钢索的施工 4.1简介 主桁架为悬臂桁架,设计采用的是通过斜拉索进行固定,拉索规格为直径55的钢芯钢丝索,外面为PE护套,每根拉索的调节量为100,按照GB/T18365-2001的标准,通过3000kN卧式拉力试验机对弹性模量进行检测,拉索的弹性模量为E=1.95105MPa。钢索首先经过预张拉,以消
10、除残留应变,防止工程中索因蠕变效应而产生松弛。预张拉载荷至少为钢丝绳破断荷载的55,次数不少于两次,每次持荷时间为60min。 钢索容许应力(短期)=钢索破断应力/2.2钢索容许应力(长期)=钢索破断应力/3.0 本工程中悬挑端的重量是通过拉索传递到后部受力体系的,因此索的张拉直接影响到钢结构以后的变形量。而由于索头构造上存在的缺陷,索的张拉后来成为制约工程竣工验收的瓶颈。我们为此制作了专用设备,并经过了实践的考验,为国内索的张拉提供了一个新途径。 4.2拉索应力控制的常用方法1)利用弹性模量进行控制拉索的弹性模量已经通过实验得出,利用公式L=F/(ES)(L为达到拉力F时的伸长量,F为拉力,
11、E为弹性模量,S为拉索截面积)可以计算出拉索需要的伸长量,在拉紧过程中随时测量拉索的长度L1,计算出L1和拉索没有受力前的自然长度L2的差值,当达到L时拉力达到设计值。 2)出厂前在拉索调节端的螺纹上做标记由拉索制造厂家根据设计要求的数值,在出厂前就在螺纹上做好标记(标记的计算原理和上述方法相同),当套筒拧到标记处时即表示拉力已达到设计值。 3)通过带有压力表和液压泵的专用设备进行张拉其原理是通过不断增加设备作用在钢索锥头上的压力来抵消钢索在套筒上产生的拉力,进而可以拧紧套筒,当设备卸荷后,套筒受力完成张拉。该设备带有压强表,可以直接读取压强值P(单位MPa),但由于是压强值,还需要换算成压力
12、值,公式是压力F(t)=102PS(S为张拉枪活塞面积),设计允许变化范围为20%。 4.3预应力钢索的施工 1)施工方法的选择按照第一、第二两种方法施工原理可行,但在实际操作时,由于结构制作、安装的偏差,可能会出现超过或未达到设计值的情况,而且对拉力无法进行精确控制,因此在施工中我们按照第三种方法进行张拉,并且当主桁架和支撑全部安装完毕,所有拉索经过二次张拉后,在拆除主桁架前段的承重架时,进行最后一次张拉。 2)预应力施加工艺主桁架整体受力体系中所有的杆件安装完毕后,根据设计提供的预应力值对钢索进行预张拉,该值为最大应力的50%。首先通过计算把该值的单位换算为压力表应达到的兆帕值,便于安放专
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