大跨度网壳结构预应力张拉技术

大跨度网壳结构预应力张拉技术

佘晓雁

山西省民用建筑设计研究院佘晓雁030013

摘要：本文通过实例详细介绍该工程的网壳结构预应力张拉工艺流程、操作要点等。针对预应力拉索的施工，制作了放索盘，移动平车、牵引索、操作平台等施工工具，保证了施工质量。

关键词：网壳预应力拉索千斤顶控制张拉

一、工程概况

山西某大学体育馆工程，上部为一整体钢结构屋盖，支承于下部独立混凝土单元上，纵向长度约170m，横向长约110m，最大跨度约88m。采用多重弦支网壳+空腹桁架+鱼腹式桁架结构体系，拉索均采用Φ5高强钢丝组成的成品索，型号分别为5x109、5x265，斜索均采用钢拉杆，直径为Φ30，最高点高度为30m，建筑功主要为赛时满足全国性大学生单项比赛。

二、预应力索的特点、难点及创新点

1、深化设计、测试、施工一体化

现场的情况瞬息万变，出现意料之外的情况时项目部应能及时分析出原因，必要时施工方法应作必要的调整。紧张的工期要求预应力单位能够及时提供与预应力有关的构造处理措施。

为精确掌握张拉成形前大垂度拉索的施工状态，并便于在索段内施加外载，提出了“索段折线模型的折线数估计公式和初始几何迭代算法”，以索的基本平衡微分方程和平衡条件为基础，提出了满足既定计算精度的折线数估计公式，并根据不同已知条件确定初始平衡态下内节点坐标的数值迭代公式和方法，实现了在既定精度要求下索线重和初始预张力在折线初始几何上满足初始平衡态。为了保证构件的顺利组装和张拉，必须针对实际工程的特点进行节点设计和张拉工艺的设计，使结构的形状与预应力分布相匹配。

2、预应力索与桁架的几何非线性受力特征

由于预应力施工绝不仅仅是张拉，因为预应力钢结构与普通钢结构的重要区别是预应力张拉对结构状况影响大，在对结构特点不十分了解的情况下每一步张拉都会造成结构的变形，同时，结构的变形又会影响其它索的拉力，即每一次张拉都对结构产生不同影响。运用大型有限元分析软件ANSYS进行分析计算，首先从全面的结构分析入手，充分了解该结构的受力特点，再具体模拟各种工况进行施工阶段的分析，通过对张拉过程的应力分析，采用分级、循环平缓张拉的方法，保证每一步的预应力张拉能同时同步进行，从而有效的减少预应力张拉造成的相互影响，保证了构件的顺利安装和张拉。

3、制索、拉索安装和预应力钢索张拉精度要求高

从施工技术设计计算及工厂加工过程控制索的精度，在施工过程中通过相关的技术手段弥补在制索过程中无法达到的精度或产生的误差。

三、预应力拉索施工工艺流程及操作要点

1、施工流程2、操作要点

2.1放索

采用转盘放索，设计加工专门的支架，在索盘轴孔内穿上圆轴，徐徐转动索盘将索放出。索盘置于张拉桁架的一端，由一端向另一端牵引。

在放索过程中，因索盘自身的弹性和牵引产生的偏心力，索盘转动会使转盘产生加速，导致散盘，易危及操作人员安全，因此对转盘应设置刹车装置。

索每延米重约40.8Kg，采用5t卷扬机在索拱的安装胎架另一端进行牵引。为防止索体在移动过程中与地面接触，损坏拉索防护层或损伤索股，采用移动平车法，将索逐渐放开，移运至胎架内，移运小车的间距为3m左右，每台平车承受约257.7kg，并使索基本保持直线状移运，平躺在已拼装成型的三角型桁架下。

2.2就位

88m跨张拉桁架的拉索长而重，钢桁架的安装方法确定为地面拼装分段吊装，拉索的形状呈折线状，根据这一特点，在拉索牵引到位后，在钢桁架两端及中间设置吊点，采用手拉葫芦进行索的提升，将拉索吊拉到位后，将索体与索夹连接。

2.3提索

在搭设塔支架时，塔支架应沿柱轴线两边对称位置，以方便放索和吊装。塔支架位置如下。2.4张拉牵引索

调节张拉端锚具调节装置，将钢索尽量放长，以便于锚具与支座节点板相连。

在牵引千斤顶安装就位后，即可实施张拉。在钢索两端开动油泵，基本同步张拉牵引索，将拉索提升。在提升过程中，以跨度中间的索夹位置为控制目标，在提升索体并接近各撑杆下端时，将一端的索头就位。

开动桁架另一端的油泵，从索头一端向另一端逐个将索体卡入索夹。

2.5预应力张拉索

2.5.1施工张拉力

考虑到锚固预应力损失，在理论施工张拉力的基础上，超张拉至105％。

2.5.2张拉原则和程序

（1）分两阶段张拉：

第一阶段先张拉主索（索1、索2、索3）；待第一阶段张拉完毕后，第二阶段张拉次索（索4、索5、索6）。

（2）每阶段的张拉顺序：

从两侧向中间榀对称张拉，每次对称张拉两榀。

（3）单榀拉索两端张拉：

张拉点设在索端。每榀有两个张拉点。

（4）单次同步张拉的张拉点：

每次张拉时，对称张拉两榀，每榀两端同步张拉，因此在第一阶段每次同步张拉的张拉点有4个，在第二阶段每次同步张拉的张拉点有4个。

为了保证单榀桁架下拉索张拉同步，要求张拉时两台油泵统一指挥，严格按照张拉控制原则中5级分步张拉，两台油泵步伐一致。共有4个千斤顶同时张拉，因此控制张拉的同步是保证结构受力均匀的重要措施。控制张拉同步有两个步骤。首先在张拉前调整索体锚杯露出螺母的长度，使露出的长度相同，即初始张拉位置相同。第二在张拉过程中将每级的张拉力在张拉过程中尽量使千斤顶给油速度同步，在张拉完成每小级后，所有千斤顶停止给油，测量索体的伸长值。如果同一索体两侧的伸长值不同，则在下一级张拉的时候，伸长值小的一侧首先张拉出这个差值，然后另一端再给油。如此通过每一个小级停顿调整的方法来达到整体同步的效果。

（5）分级张拉：

单次同步张拉过程分五级：0%->25%->50%->70%->90%->100%。

（6）施工张拉力：

根据总体施工方案和张拉顺序，通过张拉全过程分析，确定每根拉索的施工张拉力，确保张拉完毕后所有索力均达到设计要求。

（7）拉索超张拉

在理论施工张拉力的基础上，超张拉5%。

2.5.3拉索张拉控制原则

实行力和形的双控，其中以力的控制为主。

力的控制项目主要为索力，形的控制项目主要为跨中竖向位移。

2.5.4拉索张拉完毕后，拆除网壳的支撑架。

2.5.5张弦桁架安装完成后，拉索的张拉端应保持为可调节的状态，以便在需要的时候对拉索的拉力进行调整。

2.6注意事项

（1）为保证张拉力施加的准确性，千斤顶须进行标定。每个张拉点的双千斤顶及其油压表须配套标定。

（2）标定数据的有效期在6个月以内。严格按照标定记录，计算与拉索张拉力一致的油压表读数，并依此读数控制千斤顶实际张拉力。油压表采用精密压力表。

（3）千斤顶张拉过程中，油压应缓慢、平稳，并且边张拉边旋转连接螺杆或套筒。

（4）张拉过程中，每个张拉点由一至两名工人看管，每台油泵均由一名工人负责，并由一名技术人员统一指挥、协调管理。

（5）拉索张拉过程中应停止对张拉结构进行其它项目的施工。

（6）拉索张拉过程中若发现异常，应立即暂停，查明原因，进行实时调整。

四、结束语

山西某大学体育馆作为山西省目前综合性体育设施，采用弦支网壳结构预应力张拉施工技术使单位工程面积用钢量大大下降，它的建成和使用为我们施工积累了宝贵的经验，也为同类型的工程建设提供了一个较为成功的典范。

参考文献

1、《施工手册》（中国建筑工业出版社第四版）

2、《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（JGJ92-2004中国建筑工业出版社）

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