張弦梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

1、1 晉煤集團(tuán)寺河礦多功能報(bào)告廳張弦結(jié)構(gòu)施工技術(shù) 李建全1 ,陳至誠(chéng)1，管賽東1 ， 王澤強(qiáng)2，秦杰2 （1 1 上海五冶冶金建設(shè)有限公司，上海 201900 201900 ； 2 2 北京市建筑工程研究院，北京 100039 100039 ） 【摘 要】：晉城寺河礦多功能報(bào)告廳為張弦結(jié)構(gòu)，桁架跨度 95.1m 95.1m x 65.7m65.7m。經(jīng)過(guò)大量仿真計(jì)算和方案比較 分析，施工中采用了單榀桁架地面拼裝，并預(yù)張拉到設(shè)計(jì)張拉力的 3030%，吊裝到位后，通過(guò)滑移將整體結(jié)構(gòu)安裝 完成，然后進(jìn)行第二次預(yù)應(yīng)力張拉工作。 【關(guān)鍵詞】：張弦結(jié)構(gòu)；滑移；仿真計(jì)算；預(yù)應(yīng)力；施工技術(shù) 1、工程概況 寺河礦

2、多功能報(bào)告廳軸線南北長(zhǎng) 95.1m，東西長(zhǎng)65.7m，屋脊處標(biāo)高約25m占地面積約6000m2, 主要包括籃球場(chǎng)、會(huì)議室、進(jìn)廳及各種功能用房。其中， FQ軸線為張弦梁結(jié)構(gòu)，共計(jì) 10榀。 張弦梁上弦為焊接箱梁口 400X 350 x 16X 20，下弦張拉索為 5X 85高強(qiáng)度低松弛熱浸鍍鋅鋼絲 （外設(shè)PE防護(hù)層），上弦和下弦之間采用鋼管 219 X 16撐桿連接，形成穩(wěn)定的受力體系，單榀 重約16噸。張弦梁支座采用兩端鉸接，置于混凝土柱頂。張弦梁鋼索張拉完成后總長(zhǎng)為 40.818m。 結(jié)構(gòu)鳥瞰圖和剖面圖見圖 1和2所示。 2.2.2張弦梁吊裝 張弦梁滑移 張弦梁組裝完成后重達(dá) 16噸， 跨度

3、達(dá)40.8m，由于場(chǎng)地及土建等施工原因, 采用雙機(jī)抬吊安裝成滑移單兀。 本工程采弦梁第二次張拉噸汽|車 移位置，然后安裝張弦梁之間的撐桿及檁條，使之形成剛性框架。 2.2.3張弦梁滑移 2、 2.1 2.2 、測(cè)量放線 鋼構(gòu)件檢查與驗(yàn) 50.572m，需在工廠分 現(xiàn)場(chǎng)組裝 所有張弦梁吊裝 分別站位于 Q軸線外雙機(jī)抬吊到滑 鋼結(jié)構(gòu)油漆 圖 1 1 多功能報(bào)告廳鳥瞰圖 圖 2 2 多功能報(bào)告廳剖面圖 施工總體部署 施工工 軸線控制閉合 鋼結(jié) 單榀張弦梁上弦長(zhǎng)達(dá) 張弦梁的組裝采用在多功 張弦梁吊裝 能報(bào)告廳北側(cè)地面搭設(shè)組裝胎架進(jìn)行組 胎架上完成張弦梁的第一次張拉。L Q軸推進(jìn);組裝完成后在地面組裝

4、|收 IIJH 2.2.1 張弦 平臺(tái)安裝 2 在吊裝完一個(gè)張弦梁滑移單元后， 必須及時(shí)開始整體滑移， 以便組織下一組滑移單元的吊裝。 本工程采用分段滑移的施工方法，滑道利用軸線和軸線混凝土框架梁布置。 2.2.4張弦梁張拉 預(yù)應(yīng)力張拉分為兩次完成， 第一次在地面張拉到設(shè)計(jì)張拉力的 30，保證吊裝過(guò)程中單榀桁 架穩(wěn)定，第二次對(duì)稱分批張拉到設(shè)計(jì)張拉力。 3 張弦梁現(xiàn)場(chǎng)拼裝方案 拼裝胎架的設(shè)計(jì)和布置需根據(jù)張弦梁上弦拱架的分段情況和分段點(diǎn)的位置來(lái)確定， 同時(shí)要避 開張拉弦桿。為了保證張弦梁的拼裝精度和使張拉不受影響，同時(shí)考慮到胎架在張拉過(guò)程中因主 桁架水平移動(dòng)的影響，以及便于張拉索的地面安裝、 張弦

5、梁在張拉完畢后便于起吊等因素， 鋼架 橫梁的上端擱置可調(diào)節(jié)高度和平面度的管托。 在拼裝胎架時(shí)，在斷開面設(shè)置空檔，以留出焊接空 間。在對(duì)接口下面焊接時(shí)，焊工可以在臨時(shí)平臺(tái)上進(jìn)行。為了確保張弦梁原始狀態(tài)的弧度和設(shè)計(jì) 相符，胎架支點(diǎn)的標(biāo)高測(cè)量控制要滿足設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求。就位前，首先根據(jù)張弦梁分段點(diǎn)的標(biāo)高 及軸線對(duì)胎架進(jìn)行墊置，使標(biāo)高基本達(dá)到設(shè)計(jì)位置，就位后進(jìn)行微調(diào)。就位時(shí)注意對(duì)接口的間隙 及標(biāo)高的控制，并且使分段點(diǎn)的位置基本處于胎架的中心。在調(diào)整校正完畢后進(jìn)行焊接，焊接接 口需要打磨光滑過(guò)渡。胎架位置尺寸及單榀品裝完成后如下圖 3 和圖 4 所示。 圖 3 3 張弦梁組裝胎架示意圖 圖 4 4 張弦梁

6、桁架拼裝圖 圖 5 5 單榀張弦梁雙機(jī)抬吊圖 4 張弦梁吊裝 張弦梁拼裝完成并且第一次張拉完畢后利用兩臺(tái) 120t 汽車吊進(jìn)行抬吊，抬吊后直接放置在 混凝土梁頂?shù)幕栖壍郎稀Ｓ捎趶埾伊哼^(guò)長(zhǎng)，在沒有形成空間結(jié)構(gòu)單元之前，需保證單榀張弦梁 的穩(wěn)定：即事先在張弦梁的不同部位設(shè)置攬風(fēng)繩，在張弦梁就位后立即對(duì)張弦梁進(jìn)行固定。第一 榀張弦梁固定好后，進(jìn)行第二榀張弦梁的吊裝、就位和加固，并及時(shí)對(duì)張弦梁之間的支撐體系進(jìn) 行連接。當(dāng)兩榀張弦梁及中間的支撐體系和檁條等全部連接安裝完畢，在檢查各個(gè)細(xì)部環(huán)節(jié)沒有 安全隱患后，便可以將此張弦梁?jiǎn)卧M向前滑移到設(shè)計(jì)位置，再進(jìn)行下一榀張弦梁的吊裝就位。 吊裝見圖 5 所示。

7、 5、張弦梁滑移 5.1 滑道設(shè)置 滑道在整個(gè)水平牽引中起承重、導(dǎo)向和橫向限制滑板水平位移的作用，滑道沿軸線和軸 線布置。 由于基礎(chǔ)預(yù)埋錨栓高出混凝土柱梁， 須先架設(shè)鋼梁進(jìn)行找平。 本工程采用 H 型鋼梁 H200 X 220 X 8X 16作為找平鋼梁，采用槽鋼 16b作為滑道，滑塊焊接在張弦梁柱腳板底部，每一滑 移單元共設(shè)置 4 塊滑塊。 考慮滑塊與滑槽之間應(yīng)留有一定距離， 避免滑塊在滑槽內(nèi)受阻， 在制作 滑塊時(shí)滑塊與滑槽之間每邊留有 25mm|間隙。另外滑塊與滑槽接觸面的部位在加工時(shí)磨成圓弧形， 借此減小滑塊與滑槽間的接觸面積來(lái)減少滑移摩擦阻力。滑道設(shè)計(jì)見下圖 6所示。 圖 6 6 張弦

8、梁滑移滑道設(shè)置示意圖 5.2 牽引設(shè)備的取用 一個(gè)滑移單元總重約 32噸?？偲饎?dòng)牽引力為： P QX f X 1.6 式中：P 總起動(dòng)牽引力； 3 Q 滑移單元總自重； f 滑動(dòng)摩擦系數(shù)，鋼與鋼之間不涂潤(rùn)滑劑時(shí)取 0.15，涂潤(rùn)滑劑時(shí)取0.110.12 ; 1.6 為了保證牽引的順利進(jìn)行，克服滑道變形、焊點(diǎn)位置加大阻力等因素，實(shí)際 總牽引啟動(dòng)力取計(jì)算值的 1.6 倍。 加潤(rùn)滑油時(shí)牽引力 Pt = 32X 0.11 X 1.6=5.64噸。 根據(jù)以上計(jì)算，本工程選擇在滑道內(nèi)加入潤(rùn)滑油，滑移牽引力須大于 5.64 噸。由于所需牽 引力較小，本工程采用手拉葫蘆進(jìn)行牽引；為了加大牽引速度和降低工人的勞

9、動(dòng)強(qiáng)度，分別在 軸線和軸線各采用一臺(tái) 5 噸手拉葫蘆作為牽引機(jī)具。 5.3 張弦梁的滑移 在第一、第二榀張弦梁連成整體后，通過(guò)預(yù)先設(shè)置的兩根滑道和兩組同步牽引設(shè)備，向 F 軸 方向滑移至設(shè)計(jì)位置就位；再進(jìn)行第三榀和第四榀張弦梁的吊裝，并連接兩榀張弦梁之間的支撐 體系和檁條，再滑移到設(shè)計(jì)位置就位，如此循環(huán)直至多榀張弦梁拼裝成整體， P、Q軸張弦梁可 以直接吊裝到位。為保證兩端滑移同步，可在滑道上作標(biāo)尺，確?；频耐叫?。具體操作步驟 如下： 步驟一：對(duì)第一榀、第二榀張弦梁中間的支撐體系進(jìn)行連接； 步驟二：將一個(gè)滑移單元滑移至設(shè)計(jì)位置， 并拼裝第二個(gè)滑移單元 （第三榀、 第四榀張弦梁） ； 步驟三

10、五：依次將第二個(gè)第四個(gè)滑移單元滑移至設(shè)計(jì)位置，并對(duì)相鄰單元之間的支撐體 系進(jìn)行連接固定； 步驟六：最后兩榀張弦梁可以直接吊裝就位，就位后對(duì)相鄰單元之間的支撐體系進(jìn)行連接固 定。 5.4 頂升就位 每一滑移單元滑移至設(shè)計(jì)位置后，檢查各部位的尺寸符合設(shè)計(jì)要求后，即可在每一根張弦梁 外側(cè)利用鋼支撐作為支點(diǎn)，采用 Q16T千斤頂將整個(gè)滑移單元頂起，然后拆除下面的滑塊裝置、 滑槽及滑移 H 鋼梁，然后將上部結(jié)構(gòu)降至設(shè)計(jì)標(biāo)高就位。 6、預(yù)應(yīng)力施工 6.1 施工仿真計(jì)算 本工程采用大型有限元計(jì)算軟件 ANSYS為計(jì)算工具，對(duì)該結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算，根據(jù) 施工順序，仿真模擬計(jì)算分為兩部分：?jiǎn)伍瘡埨哪M計(jì)

11、算和屋面鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后第 2次張拉 模擬計(jì)算。計(jì)算模型如圖 7 所示。全部張拉完成后結(jié)構(gòu)豎向變形、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力、鋼索軸力和應(yīng)力 見下圖 8圖 11 所示。 圖 7 7 計(jì)算模型 圖 8 8 結(jié)構(gòu)豎向變形 圖 9 9 鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力 圖 10 10 鋼索索力 圖 11 11 鋼索應(yīng)力 6.2預(yù)應(yīng)力張拉方案 每榀張弦梁在地面組裝完成后，進(jìn)行第一次張拉，并進(jìn)行吊裝和單榀滑移；整體結(jié)構(gòu)滑移到 位，并且檁條安裝完成后，進(jìn)行第二次張拉，張拉過(guò)程中采取對(duì)稱分批張拉完成。 4 6.2.1預(yù)應(yīng)力設(shè)備選用 經(jīng)過(guò)仿真計(jì)算，拉索最大張拉力約 15t左右，因此需要2臺(tái)23t千斤頂，并且在第二次張拉 過(guò)程中，需要兩根索同時(shí)張

12、拉，并且兩端同時(shí)張拉，故選用 8臺(tái)23t千斤頂，即同時(shí)使用 4套張 拉設(shè)備。張拉設(shè)備如圖 12所示。 圖 12 12 張弦梁張拉設(shè)備 張拉設(shè)備采用預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)專用千斤頂和配套油泵、油壓傳感器、讀數(shù)儀。根據(jù)設(shè)計(jì)和預(yù)應(yīng) 力工藝要求的實(shí)際張拉力對(duì)油壓傳感器及讀書儀進(jìn)行標(biāo)定。 622預(yù)應(yīng)力控制參數(shù) 張拉時(shí)采取雙控原則：索力控制為主，伸長(zhǎng)值控制為輔，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)變形。預(yù)應(yīng)力鋼索張 拉完成后，應(yīng)立即測(cè)量校對(duì)。如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)暫停張拉，待查明原因，并采取措施后，再繼續(xù)張 拉。 6.2.3張拉力及張拉順序 根據(jù)設(shè)計(jì)要求的預(yù)應(yīng)力鋼索張拉控制應(yīng)力取值，并進(jìn)行鋼索伸長(zhǎng)值計(jì)算，鋼索各步張拉力及 伸長(zhǎng)值如下表1表3所示。

13、 表 1 1 H HN N 鋼索張拉力（鋼索編號(hào)見圖 8 8） 鋼索編號(hào) H J K L M N 鋼索張拉力（KN） 第1級(jí) 124 124 124 124 124 124 第2級(jí) 149 149 161 161 149 148 表 2 2 F F、G PG P、Q Q 鋼索張拉力（鋼索編號(hào)見圖 8 8） 鋼索編號(hào) F G P Q 鋼索張拉力（KN 第1級(jí) 124 124 124 124 張拉到控制應(yīng)力的50% 146 179 179 144 張拉到控制應(yīng)力的70% 184 152 149 184 張拉到控制應(yīng)力的90% 157 190 190 155 張拉到控制應(yīng)力的100 % 175 15

14、9 157 176 表 3 3 鋼索最終張拉力及伸長(zhǎng)值（鋼索編號(hào)見圖 8 8） 鋼索編號(hào) F G H J K L M N P Q 鋼索最終索力（KN 160 159 150 150 160 160 150 150 157 158 鋼索伸長(zhǎng)值（mn） 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 圖 1313 張弦梁鋼索編號(hào)示意圖 單榀張弦梁安裝完成后，進(jìn)行第一次張拉，張拉力值見表 1所示；進(jìn)行第二次張拉過(guò)程中,5 滿足結(jié)構(gòu)變形和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力不能過(guò)大，以保證整體張拉過(guò)程的安全；第二次張拉過(guò)程分為 張拉完成，具體張拉順序如下所示。 632監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)變形作為該工程張拉過(guò)程的輔助

15、監(jiān)測(cè)手段。 選擇鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大的 桿件，使用振弦應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)應(yīng)力變化，每榀張弦桁架中間選擇一點(diǎn)，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)控制，使用水 準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)豎向變形。實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果跟理論計(jì)算數(shù)據(jù)吻合較好。 7、小結(jié) 7.1本工程采用大跨度張弦梁結(jié)構(gòu)體系的實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)與施工是成功的。 7.2由于索體在結(jié)構(gòu)性能的充分發(fā)揮，大大降低了用鋼量，降低了成本。 7.3本工程選擇了采用單榀張弦梁在地面組裝，并進(jìn)行預(yù)張拉，不但技術(shù)上比較合理，而且節(jié)約 了成本。 7.4在施工前進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備工作，對(duì)結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程進(jìn)行了施工仿真計(jì)算，同時(shí)采用了有效的 監(jiān)測(cè)手段，保證了工程的順利進(jìn)行。 7.5從監(jiān)測(cè)的結(jié)果來(lái)看，實(shí)測(cè)結(jié)果很好的驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果，同時(shí)說(shuō)明了通過(guò)有限元計(jì)算軟件