张拉计算（精选10篇）
张拉计算 篇1
摘要：以系杆拱桥吊杆张拉为背景,指出了索力增量、千斤顶张拉力及张拉顺序三者之间的关系。探讨了影响矩阵迭代技术在线性结构和非线性结构调值中的应用以及复杂结构影响矩阵调索问题。指出索力对称的结构应尽可能利用对称性对张拉方式进行简化;对更为复杂的调值计算一般利用最小二乘法通过非线性迭代技术来实现。
关键词：吊杆,影响矩阵,迭代,最小二乘法
目前吊杆张拉计算方法主要有正装法、倒装法、影响矩阵法和无应力状态法。其中影响矩阵法最早应用于斜拉桥的施工控制中。由于其自身的优点,故近年来随着系杆拱桥的快速发展而逐步应用于中小结构的吊杆张拉计算过程中。但与斜拉桥结构形式较为单一不同,中小型的吊索支撑结构形式越来越多,逐步向空间化和异型化发展,同时这类结构多采用有支架的方法施工,吊杆初次张拉时结构状态一般处于状态非线性,因此有必要研究影响矩阵法在类似结构中的应用。本文主要讨论影响矩阵法在线性结构、非线性结构以及复杂结构调值中的问题。
浦东大道管线桥为提篮双层桁架拱桥,全钢结构,桥梁计算跨径为112 m,矢跨比为1/5。拱肋采用双管哑铃形拱肋,系梁采用不加竖杆的三角形钢桁架。全桥设两片桁架,两片桁架间以横梁、小纵梁和斜撑组成的米字型上下水平系连接。结构采用先梁后拱的施工工艺,先搭设临时支架分段吊装桁架,接长临时支架后分段吊装拱肋。由于吊杆张拉与千斤顶的布置有较大关系,管线桥施工时共布置了2台千斤顶,横桥向对称张拉,纵桥向设置了12对索分12次张拉完成。纵桥向各对吊杆的编号如图1所示。
吊杆张拉共分两个阶段进行。第一阶段每根吊杆张拉至100 k N,拆除临时支架;第二阶段在所有管线安装完成后,每根吊杆索力张拉至250 k N,确保结构达到设定目标值。
拱肋、桁架、临时支架采用梁单元模拟,拉索、吊杆采用索单元模拟,支架与结构之间的接触采用接触单元模拟。
1 影响矩阵的基本概念及在吊杆张拉计算中的应用
文献[1]中对影响矩阵的定义如下:
1)受调向量:结构物中关心截面上m个独立元素所组成的列向量。这些元素一般由构件中的截面内力或位移组成。它们在调值过程中接受调整,以期达到某种期望状态。受调向量记为
2)施调向量:结构物中指定可实施调整以改变受调向量的l个(l≤m)独立元素所组成的列向量,记为
3)影响向量:施调向量中第j个元素xj发生单位变化,引起受调向量D的变化向量,记为
4)影响矩阵:l个施调向量分别发生单位变化,引起的l个影响向量依次排列形成的矩阵,记为
在影响矩阵中,元素可能是内力、位移等力学量中的一个,影响矩阵是这些力学量混合组成的。设结构中n个关心截面上期望的内力、位移组成的向量为{E},关心截面中现有相应向量为{F}d,调值计算就是通过改变n个施调元的力学量,使结构状态在关心截面处达到{E}。此时,结构受调向量:{D}={E}-{F}d。当结构满足线性叠加时:[A]{X}={D}。如果桥梁在张拉过程中内力、位移均满足相关要求,吊杆张拉只需考虑吊杆索力变化时,施调向量为吊杆张拉力,受调向量为吊杆内力,则影响矩阵为吊杆内力矩阵,应用该矩阵可实现结构的索力调整。令{F}d为前一次张拉后各吊杆的内力,第1次吊杆张拉时为0;[A]为影响矩阵;{X}为各吊杆需施加的荷载,该荷载与各吊杆在张拉前已有的内力之和即为张拉控制值;{E}为设计要求的各吊杆内力,则有{F}d+[A]{X}={E}。
对于初张拉而言,由于{F}d=0,通过影响矩阵迭代求得的索力增量{X}即为千斤顶张拉力,两者是一致的。
由于初张拉过程中吊杆体系是逐步形成的,影响矩阵[A]为上三角阵。其构成由吊杆张拉顺序决定,因此所求的{X}也与张拉顺序密切相关。对于再张拉而言,结构体系已基本形成,此时{F}d≠0,影响矩阵[A]为满阵。其元素构成可按任意顺序形成。这种情况下{X}与张拉次序无关。但此时由影响矩阵[A]直接求得的{X}是索力增量而不是千斤顶张拉力,而千斤顶张拉力则需根据张拉顺序重新求解。因此千斤顶张拉力与张拉顺序相关。所谓的{X}与张拉次序无关,也即对调索的最终结果而言,不论先调哪索后调哪索,待所有索号都调整完毕,都将得到同样的结果而完成满足调索要求[2]。这一结论成立的前提是结构处于线性状态,且结构基本体系保持不变,而对于结构体系不断变化的初张拉而言并不适合应用。
2 影响矩阵在线性结构调值中的应用
以本工程管线桥第二次张拉为例。此阶段支架已拆除,属于线性结构,每根索的目标索力为250 k N。工况一按顺序4→9→10→3→5→8→2→11→6→7→12→1进行吊杆张拉;工况二按顺序3→10→5→8→4→9→11→2→6→7→12→1进行吊杆张拉。根据索力增量和施工顺序求得索力增量、千斤顶张拉力和各索的最终计算索力。计算结果见表1。
由表1计算结果表明,对于线性结构,采用影响矩阵法确定出吊杆张拉力时,计算精度较高。对于不同的张拉顺序,尽管索力增量相同,但是千斤顶所施加的吊杆张拉力是不同的,因此影响矩阵求得的索力增量与吊杆张拉顺序无关,但千斤顶张拉力的大小却取决于张拉顺序。对于线性结构如果在张拉前采用索力测试仪事先测出待张拉吊杆的索力,然后在该索力的基础上叠加索力增量作为张拉控制力,这样施加增量{X}的过程与张拉顺序无关;但是当单独以千斤顶作为吊杆索力的反应而无索力测试仪作为辅助设备时,千斤顶施加的吊杆最终张拉力仍然与张拉顺序有关。结构满足线性叠加原理时,采用影响矩阵的调索方法具有计算精度较高、调索方便、快速、省时等特点。
3 影响矩阵法在非线性结构调索中的应用
对于一般吊杆张拉结构而言,初张拉阶段为脱架阶段,即通过吊杆的张拉使桥道结构脱离支架、结构体系基本形成。该阶段的张拉特点是张拉过程很复杂。张拉过程中结构体系在不断变化,桥道结构与临时支架间的状态在接触与脱离之间不断转换等,因此该阶段的张拉过程实际上是非线性的——状态非线性。当该过程的非线性程度较低时,采用影响矩阵法也是可行的,误差不会偏差太大;但当非线性程度较高时,线性的调索方法自身会带来较大的系统误差,计算索力与目标索力偏差过大,不利于指导施工。
文献[3,4]提出了利用影响矩阵对吊杆第一次张拉进行计算的简化方法,是在忽略系梁自身重量和系梁下方支架的前提下成立的,是吊杆张拉过程中的特例。
对于一般结构而言这种条件是不成立的。以本工程第一阶段的吊杆张拉为例,目标索力为100 k N,{F}d=0,影响矩阵方程为[A]{X}={E},直接应用该方法的计算结果如表2所示。由表2可见,计算结果表明计算索力与目标索力间的误差太大,张拉力计算结果无法应用于实践中。为此在非线性结构中影响矩阵可通过迭代技术来获得精确的计算结果。
迭代计算步骤如下:
1)首先按线性结构进行第一次计算,根据[A]求得被调向量{X}0。
2)将{X}0作用在结构上进行正装计算,求得{X}0作用下的吊杆内力期望值{E}0,从而计算出调整差值向量{△E}={E}-{E}0。
3)以迭代计算步骤(2)中形成的结构为基础,计算新的影响矩阵[A],以{△E}作为调值向量,由A{△X}={△E}求得{△X}。
4)令{X}0={X}0+{△X},重复迭代计算步骤(2)~迭代计算步骤(3)的计算,当{△E}小于指定误差ε时{X}0就是实际被调向量{X}的近似解。根据上述迭代计算方法,采用影响矩阵法计算结果如表3所示。
由表3可见,采用迭代技术的影响矩阵法可应用于非线性结构中。非线性迭代技术大大拓宽了影响矩阵的应用范围。
4 影响矩阵法在复杂结构中的调索问题
对于拱结构而言,吊杆在分批次张拉过程中结构安全性一般均满足要求,施调向量与受调向量一般均为吊索索力,影响矩阵的形式较为简单,施调向量的个数与受调向量的个数一般相同。但对于支架施工的中小型斜拉桥和自锚式悬索桥等结构,施调向量一般为吊索(拉索),受调向量既可以是吊索索力也可以是结构的内力、位移等,施调向量的个数与受调向量的个数可能不同,但其基本计算方法相同。
为考虑不同状态变量之间的单位制及权重,可结合实际引入权矩阵[ρ](对角矩阵),[A]{X}={D}可变为[ρ][A]{X}=[ρ]{D}。当施调向量的个数与受调向量的个数相同时可直接求解该方程;若两者不同,则可采用最小二乘法求解:由[ρ][A]{X}=[ρ]{D}可得[AT][ρ]2[A]{X}=[AT][ρ]2{D},从而求得{X}={[AT][ρ]2[A]}-1[AT][ρ]2{D}。这样就可以根据响应变量的重要性、实际情况和工程经验,给出不同的加权系数,得出合理的施调向量,便于受调向量的调整。影响矩阵与最小二乘法通过非线性迭代技术广泛应用于非线性结构的调值计算中,其具体应用可见文献[5]。
5 结语
采用有支架施工的吊索支撑结构,施工过程一般分为两个阶段:第一阶段为结构脱模阶段,第二阶段为结构基本形成后的索力调整阶段。前一阶段为状态非线性,影响矩阵需采用迭代技术来获得精确的结果;后一阶段一般为线性阶段,影响矩阵辅以索力测试仪可获得快速、准确的调索结果。该过程中不同的张拉顺序索力增量相同但千斤顶张拉力不同。在索力对称的结构中应尽可能利用对称性对张拉方式进行简化,以加快张拉进度。对于更为复杂的调值计算一般需利用最小二乘法通过非线性迭代技术来实现。
参考文献
[1]肖汝诚,郭文复.结构关心截面内力、位移混合调整的影响矩阵计算法[J].计算结构力学及其应用,1992,9(1):91-98.
[2]赵光明,陈科昌.系杆拱桥调索工序时机选择[J].中南公路工程,1997(22):28-31.
[3]彭宣茂.系杆拱桥吊杆初始张拉力的计算方法[J].水利水电科技进展,2000(6):32-33.
[4]楚海建,何结兵,顾爱军,等.系杆拱桥吊杆一次张拉方案的优化设计[J].华东公路,2002(1):46-48.
[5]邱文亮,张哲.自锚式悬索桥施工中的非线性误差调整研究[J].公路交通科技,2005,22(6):72-74.
张拉计算 篇2
一、工程概况
本项目是国道 104穿越济南市区的一部分, 同时也是济南市的二 环东路,是规划的双快路的一部分,上部为城市快速路,下部地面道 路为快速公交路(BRT系统。本项目按一级公路标准进行设计,同时 满足城市快速路标准;设计速度 60km/h,双向六车道,宽度 25米;桥梁设计荷载:公路-I 级;抗震按七度设防。
本标段起止里程 K3+770.5-K4+870.5,桥梁全长 1100m ,采用高 架桥方式, 共 12联(29联-40联 , 跨径布臵如下:(29.992+36+30+4×(30+36+30+(30+40+30+2×(3×30+(35+35+3×(3×30 米。第 35-39联上部结构为预应力砼简支转连续小箱梁,其中第 37联跨越 胶济铁路及其客运专线。跨越胶济铁路及客运专线采用 35米(其余 为 30米预应力砼先简支后连续小箱梁,通过横梁坡度形成桥面横 坡,每跨采用 8片小箱梁,梁间距 3.1米,梁高 1.8米,横向湿接缝 宽 70厘米,小箱梁采用纵向预应力体系。
二、编制依据
(一、山东交通规划设计院二环东路高架桥工程施工图设计。(二、中华人民共和国交通部颁布的 《公路工程质量检验评定标 准》 JTG80/1-2004。
(三、交通部 《公路桥涵施工技术规范》 及与本工程相关的标准、规程。(四、济南二环东路高架桥工程第三合同招标文件、投标文件及 施工合同。(五、我单位有关人员对施工现场踏勘和调查的情况。(六、我单位人员、设备等综合实力情况。
三、人员及机具安排
投入管理、技术人员表
主要机具设备
四、施工方案 ㈠钢束制作、孔道穿束
1、钢束制作
⑴预应力筋采用低松弛预应力钢绞线,公称直径为Φj 15.2mm , 每股截面积 A=140mm2,标准抗拉强度 R b y =1860MPa,弹性模量为 1.95 ×105Mpa。张拉控制应力бk =0.75Rb y =1395Mpa。
钢绞线进场时必须提供生产厂家的合格证书, 并按照规范对每批 钢绞线的强度、弹性模量、截面积、延伸率、硬度进行抽检,对不合 格的产品严禁使用, 同时就实测的弹性模量和截面积对计算引伸量进 行修正。引伸量修正公式△′ = A E EA ×△
式中:E ′、A ′为实测弹性模量及截面积, E、A 为计算弹性模 量及截面积, E=1.95×105Mpa , A=140mm2, △为计算引伸量。
⑵钢绞线到工地并经检验合格后,在钢绞线系上标签存放在棚 内,堆放台应离地面 30cm ,以防受潮生锈。
⑶钢绞线开盘:将钢绞线盘竖放入一型钢制成的开盘架内, 钢绞 线头自盘中心部取出, 钢绞线下料只准用砂轮锯切割, 严禁采用氧炔 焰或电弧焊切割。
⑷钢绞线下料与编束
钢束下料长度应通过计算确定: 两端张拉下料长度 =钢束通过的孔长度 +2(工作锚高度 +限位板高 度 +千斤顶长度 +工具锚高度 +便于操作的预留长度。
注:便于操作的预留长度一般采用 10-15cm。
钢绞线下料时, 应严格进行钢束编号, 并用胶布将单根钢绞线头 缠裹,并严格编号,以防混乱,同时预防钢绞线松散。钢绞线编束时 首先将端部理直、平顺,将其一端整理平顺后,自一端开始向另一端
疏理使其平顺松紧一致, 并用绑丝间断绑扎。编好的钢束要挂牌存放 以免出错,钢绞线存放时应离开地面 20-30cm。
⑸孔道穿束
正弯矩预应力钢束 N2-N5在箱梁混凝土浇筑前用人工自一端穿 入(N1在浇筑砼后穿入 ,穿入时钢束端头采用锥形钢管包裹 , 以防 止钢铰线头刺破管道,同时减小穿入阻力,穿钢绞线过程中,如果遇 到穿入困难时, 不得猛烈撞击以免刺破管道。负弯矩预应力钢束在现 浇湿接缝混凝土浇筑前采用人工穿入,其管道用钢筋定位架严格定 位,防止在混凝土浇筑过程中发生上浮。
⑹注意事项
①施工过程中对钢束要有专人保护、检查、维修。
②保护两端的外露钢束不锈蚀、不油污、不破损(对外露钢束通 过缠裹塑料薄膜来达到防锈目的。
③保证钢束锚固端位臵准确、牢固、严加检查,发现问题及时处 理。④钢束施工过程中及封锚前的期间内一律禁止电弧焊切割钢绞 线,以免影响工程质量。
⑤应注意准确安放支座预埋钢板、防撞护栏锚固钢筋及其它预埋 件。㈡预应力施工
1、预应力设备及锚具
千斤顶:采用 150吨油压千斤顶。限位板:与锚具配套的限位板。张拉油泵:采用 ZF60型高压油泵。
油 表:应具有不小于 150mm 直径的刻度盘, 精度不低于 1.5级 , 表面最大读数为 60Mpa 以上的压力表 , 读数精确度在 +2%以内, 一台千 斤顶配两块表。
高压油管:油管用高压橡胶管,其工作压力不小于 40Mpa ,同油 泵千斤顶相匹配。
配备 YCW270型千斤顶两台,处理单根钢绞线滑丝用。锚具:采用符合设计及施工规范的锚具。
2、预应力施工前的准备工作
⑴千斤顶与液压油表的标定:千斤顶和油表在使用前, 应在监理 工程师的监督下, 在交通部认定的实验机构对其精度进行标定。千斤 顶一般使用 6个月或 200次,以及在使用过程中出现不正常现象时, 应重新校核。
⑵检查梁体质量有无蜂窝、麻面、孔洞、露筋、露钢束,锚垫板 处有无空洞等情况。必要时要进行处理后方可张拉。
混凝土强度达到设计强度的 90%且养护时间不少于 7天后方可张 拉。检查预应力孔道是否通畅。清除锚垫板表面和钢绞线上面的污物 和油脂,擦洗锚具上面的油污,清除夹片上的毛刺。凿除锚垫板孔内 的波纹管,以防在张拉过程中损伤钢绞线。
⑶箱梁张拉力和预应力筋伸长值的计算
按照张拉次序将钢束进行编号, 以免出错。在施加预应力过程中 要按照施力对称、平衡的要求进行施工。即钢束张拉以梁的横向中心 线为中轴,自中心向两侧进行对称、平衡施力张拉。按图纸要求张拉 顺序为 N1→ N3→ N5→ N2→ N4号钢束。
张拉前调试千斤顶与油泵的工作性能,确保千斤顶与油泵性能良好, 下以 108-109-1梁为例来介绍伸长值与张拉力计算方式: a 钢铰线规格 :φ15.2㎜、b 钢铰线面积(Ap :140㎜ 2 c 力学性能 : =1860Mpa、d 弹性模量 :E p =1.95×105Mpa e 控制应力 :δcon=0.75 Rb y =1395 Mpa
f 张拉力:1395×140=195300(N 单根拉力:195.3(KN 3根拉力:585.9(KN 4根拉力:781.2(KN 伸长值计算:正弯矩预应力钢束(按跨中至张拉端 108-109东侧边梁伸长值汇总表
预制小箱梁预应力张拉压力表读数(108-109-1
3、张拉工艺流程
张拉前, 将每束的多根钢绞线理顺、平行, 严禁相互交叉、挤压。制作张拉施工架子,以便上下、左右活动千斤顶。
装工作锚环和夹片:将钢绞线穿入锚环上相对应的小孔, 调整钢 绞线平行顺直后, 将工作锚环贴紧锚垫板。在每小孔中的钢绞线外周 插入夹片,夹片缝隙大小要调整均匀,用直径 20mm 的橡胶圈套在夹 片尾上的凹槽内。
装限位板:使限位板上的小孔对准相应的钢绞线和锚环小孔后, 使限位板紧贴锚环、无缝。
装千斤顶:钢束穿过千斤顶的穿心孔道,千斤顶紧贴限位板,务 必使千斤顶、限位板、锚环、锚垫板都在同一中心线上(即四对中。注意:钢绞线在千斤顶内要理顺平行千万不能交错。
装工具锚环和夹片:按上述步骤操作, 工具锚夹片的光面用塑料 薄膜缠裹 3-5圈后再装入,便于张拉完后夹片退出。
开动油泵少许打油, 千斤顶张拉缸保持适量油压后稍松千斤顶吊 索,调整千斤顶使千斤顶、锚具、锚垫板在同一中心线上,否则应进 行调整,以防造成较大的预应力损失或张拉过程中出现断丝。
分级进行张拉:0→ 10%σk(初应力→ 100%σk(测伸长量并核 对→(持荷 2分钟,以消除夹片锚固回缩时的预应力损失→锚固(观测回缩。
预应力采用伸长量和张拉力双控,以伸长量为主,伸长量应在-6%— +6%之间。每一截面的断丝率不得大于该截面钢丝总量的 1%, 且不允许整根钢绞线拉断。在张拉完成后, 测得的伸长量若与计算伸 长量之差在±6%外,可采取以下措施进行补救或改进: a.重新校准设备;b.对预应力材料进行弹性模量试验;c.放松预应力材料重新张拉;d.预应力钢材用润滑剂以减少摩擦。仅水溶性油剂可用于管道系 统,且在灌浆前清洗掉;e.原先如仅一台千斤顶张拉,可改为两端用两台千斤顶张拉;张拉时,两端同时分级进行张拉,两端随时进行联系(通过对讲 机或手语张拉力和伸长量情况并做记录,张拉缸初进油(10%σK 记录行程并作计算伸长值的起点。达到设计张拉力后持荷 2分钟, 核 对伸长量符合规范要求后作好记录, 否则应停止张拉分析原因, 采取 措施后再进行张拉。
在分级张拉过程中, 要使油泵上升速度稳定同步, 钢束受力均匀, 摩阻损失较小,分级调整两端张拉的伸长量,逐步达到接近或相同, 调整伸长量时, 伸长量大的一端稍稍慢拉, 伸长量小的一端稍稍快点 拉,以此逐步进行调整。
张拉缸回油即进行锚固, 锚固时伸长值大的一端先锚固, 另一端 补足张拉力后再进行锚固。
油压表全部回零,卸工具锚。
千斤顶全部回程, 卸除千斤顶, 检查钢绞线回缩值, 并划线标志, 以检查是否会出现滑丝现象。
当张拉中发生滑丝、夹片破碎时,用配套的 YCW270单顶解锚后 拉出钢丝束更换新的钢丝束和锚具。
张拉完成后先稳定 2小时, 待仔细检查无异常情况后用砂轮机割 除多余钢绞线, 用防渗快干粉(石膏粉 封闭锚头, 以准备压浆施工。张拉完成后应及时记录当时箱梁的起拱情况, 并注意观察张拉完 成后1、3、7、14、28及 60天的上拱值。
4、张拉安全
张拉施工现场的周围应有明显警告标志,严禁非工作人员进入, 箱梁两端设有安全防护措施,安全防护措施要安全、牢固、稳定(拟 采用两片 1cm 厚木板里面夹 5cm 厚砂作为防护措施 ,张拉千斤顶对 面严禁站人,以防意外。
张拉操作人员, 由熟悉本专业的人员参加, 或经培训合格后方准 上岗,并有技术熟练的人员负责指挥,锚固后,严禁摸、踏、踩、撞 击钢绞线或夹片以免滑丝。
工具锚:工具锚的夹片要分别存放使用。
拆卸油管时,先放松管内油压,以免油压大,喷出伤人。
当千斤顶需支垫时要用三角形铁片支垫牢固, 以防支垫不稳倾斜 伤人。㈢孔道真空压浆
⑴预应力孔道真空压浆在真空状态下孔道内的水分以及混在水 泥浆中的气泡被消除,减少空隙、泌水现象,保护预应力钢铰线,防 止锈蚀,形成有粘结,减轻锚具负
担,保证预应力筋与混凝土共同作 用。在施工中应高度重视,确保压浆饱满、密实。本工程采用真空压 浆施工工艺,压浆应连续操作,压浆必须在张拉完成后 48小时内完 成。
⑵水泥浆制备
材料选择及配合比的确定见三合同试字„ 2008‟ 30号文。⑶用砂浆将张拉两端夹片进行封堵,封堵要严密,不得漏气,以 防漏浆。压浆前,检查封锚砂浆强度,清理锚垫板上的压浆孔,保证
压浆通道畅通。备足压浆管及三通球阀接头, 压浆前将压浆管与压浆 孔进行连接,确保密封。
⑷浆体拌制采用高速搅拌机, 根据配比拌制水泥浆, 搅拌时间在 1.5-3分钟之间。水泥颗粒要细, 并通过 1.5mm 筛网过滤到压浆筒内, 压浆筒容量应大于 1.5倍一条管道的浆体体积。施工中严禁使用过 期、受潮、结块变硬的劣质水泥。对进场水泥按照规范要求进行试验 工作。
⑸孔道压浆
压浆程序及操作方法: 确定抽真空端及压浆端, 认真检查压浆管、球阀和三通接头是否 通畅,然后安装真空泵和管浆泵,并检查其工作性能是否良好。启动真空泵抽真空,使真空度(负压达到-0.08Mpa 以上,并 保持稳定。
启动压浆泵,开始压浆,压浆泵压力控制在≤ 0.7Mpa ,当压浆泵 输送管输出浆体达到要求稠度时, 将压浆泵上的输送管接到锚垫板上 的压浆管上,开始压浆。压浆过程中,真空泵应保持连续工作。待抽真空端的空气滤清器中前透明管道中有浆体经过时, 关闭空 气滤清器前端的阀门, 稍后打开排气阀, 当水泥浆从排气阀顺畅流出, 且稠度与灌入的水泥浆相当时(注意要进行充分的跑浆, 一般控制在 10-20秒,以确保压浆质量 ,关闭抽真空端所有的阀。
压浆泵仍需继续工作,压力达到 0.5-0.7Mpa 左右,持压 2分钟 以上,关闭压浆泵及压浆端所有阀门,完成压浆。
拆卸外接管路、附件,清洗空气滤清器及阀门等。循环以上作业,完成其他管道的压浆施工。
安装在压浆端和出浆端的球阀, 应在压浆水泥浆初凝后(以管道 内浆体不再流动为准 , 及时拆除并进行清理, 确保压浆管循环使用。当班作业全部完成后,必须将所有沾有水泥浆的设备清洗干净。压浆注意事项: 当封端的防渗快干粉抗压强度不足 10MPa 时,不得进行压浆作 业。
压浆的顺序为:先压下面孔道,后压上面孔道,对负弯矩压浆, 应按照由底向高的方向压浆。在清理孔道发现串孔时, 则应两孔同时 压注。
每个孔道的压浆作业必须一次完成, 不得中途停顿, 如因故障而 使压浆作业中断,而停顿又超过 20分钟,则需用清水将已灌入孔道 内的水泥浆全部冲去,然后再重新压浆。
水泥浆从拌制到压入孔道的间隔时间一般不宜超过 30-45分钟, 在这个时间内,应不断地低速搅拌水泥浆。
压浆后 48小时内,必须保证构件温度不低于 5℃,如气温过低, 则应采取保温措施以防冻害,当气温高于 35℃时,压浆宜在夜间进 行。
压浆时,每一工作班应制作 7.07厘米立方体标准水泥浆试件三 组。对埋臵在梁体内的锚具,压浆后应先将其周围冲洗干净并凿毛, 然后设臵钢筋网定。浇筑封锚混凝土时必须严格控制梁体长度。封锚 混凝土的标号应符合设计规定,长期外露的锚具应采取防锈措施。后张法预应力张拉施工工艺框图
五、安全保证措施
(一、施工现场的安全保证措施
1、施工现场应有利于生产,方便职工生活,符合安全要求,具 备安全生产、文明施工的条件。
2、施工现场内设臵醒目的安全警示标志;防火、防大风、防触 电、防雷击等安全设施完备、有效,不得擅自拆除或移动,且定期检 查,如有损坏,及时修理。
3、操作人员必须配戴安全帽, 无安全帽者不得进入施工现场。高 空作业超过 3米以上者必须拴安全带, 支架上所使用的器材, 要放稳 固,螺栓装箱,小工具装袋,严禁乱放,防止坠落伤人。施工人员, 必须按规定佩带防护用品。
4、现场运输道路平整、畅通,排水设施良好;特殊、危险地段 设醒目的标志,夜间设有照明设施。
5、施工现场内各种材料分类码放整齐稳固, 废旧物品及时清理, 以保持现场的整洁有序。
6、现场的高压线外设围栏,确保安全。
7、施工现场按标准设臵临时围栏和门卫,做好防盗、防火、防 破坏工作;施工现场入口及危险作业部位设安全生产标志、宣传画、标语、警示牌等,随时提醒职工、行人和车辆注意安全。
8、做好各种工程车辆的检修与维护、消除事故隐患,不使用带 病设备。
9、做好司机的安全教育,落实安全责任制。
10、做好线路沿线临时便道的交通警示设臵, 并指派专人协同交 通管理部门做好各个平交道口的交通安全管理工作,杜绝交通事故。
11、施工时,安排专人负责各种机械设备安全作业范围监督、检 查,杜绝伤人事故的发生。
12、严禁酒后作业。
13、吊车由专人指挥操作,各锚点牢固,吊装周围严禁站人,防 止发生碰撞、坠落、倾翻等事故。
14、卷扬机抱闸应灵敏可靠,专人负责操作,并有操作证。(二、现场安全用电措施
施工现场临时用电按《施工现场临时用电安全技术规范》 JGJ46-88的要求进行设计、验收和检查,进行安全技术交底,并建 立、健全安全用电管理制度, 严格落实 , 防止误触带电体 , 防止漏电 , 实行安全电压三项技术措施。
1、施工用电采用“三相五线”制,按“一机一闸一漏一保”设 臵防护。
2、变压器设在施工现场边角处,并设围栏;根据用电位臵,在 主干线电杆上装设分线箱。
3、在施工现场专用中性点直接接地的电力系统中, 必须采用 TZ-S 接零保护系统, 电气设备的外壳必须与专用保护零线连接 , 不得在同 一供电系统中有的接地,有的接零。
4、施工现场内电气设备与其所经过的建筑物或工作地点保持安 全距离,现场架空线与建筑物水平距离不小于 10cm ,跨越临时设施 时垂直距离不小于 2.5m。同时,加大电线的安全系数,施工现场内 不架裸线。
5、工地内的电线按标准架设。不得将电线捆在无瓷瓶的钢筋、树木上;露天设臵的闸刀开关装在专用配电箱里, 不得用铁丝或其它
金属丝替代保险丝。
6、电工在接近高压线操作时，必须符合安全距离。
7、使用高温灯具时，与易燃物的距离不得小于 1m，一般电灯泡 距易燃物品的距离不得小于 50cm。
8、移动式电动机具设备用橡胶电缆供电，经常注意理顺；跨越 道路时，埋入地下或穿管保护。
9、电器设备的传动轮、转轮、飞轮等外露部位必须安设防护罩。
10、施工用电必须符合用电安全规程。各种电动机械设备，必须 有可靠有效的安全接地和防雷装臵，严禁非专业人员操作机电设备。
11、每台电气设备设开关和熔断保险，严禁一闸多机，各种电器 设备均要采取接零或接地保护。
12、凡是移动式设备或手持电动工具均在配电箱内装设漏电保护 装臵。
13、照明线路按标准架设，不准采用一根火线与一根地线的做法，不借用保护接地做照明零线。
14、对从事电焊工作的人员加强安全教育，懂得电焊机二次电压 不是安全电压等基本知识。
15、各类电焊机的机壳设有良好的接地保护。
16、电焊钳设有可靠的绝缘，不准使用无绝缘的简易焊钳和绝缘 把损坏的焊钳。
17、在狭小场地或金属架上作业时，设有绝缘衬垫将焊工与焊件 绝缘。
18、施工中若有人触电，不得用手拉触电人，立即切断电源，采 取救护措施。
（三）、施工现场防火措施
1、严格执行《消防法》和公安部关于建筑工地防火的基本措施。
2、现场划分用火作业区、易燃易爆材料区、生活区，按规定保 持
防火间距。
3、电焊、气焊等严格执行动火制度，明火作业由专人看管。
4、工具房、料库，做到人走灯灭，下班拉闸断电，专人负责。
5、施工用电不得超载。
六、文明施工及环境保护措施
（一）文明施工措施（1）管理目标 坚持文明施工，促进现场管理和施工作业标准化、规范化的落 实，使职工养成良好的作风和职业道德，杜绝野蛮施工现象。做到 施工平面布臵合理，施工组织有条不紊，施工操作标准、规范，施 工环境、施工作业安全可靠，现场材料管理标准有序，内业资料齐 全。（2）主要技术组织措施 ① 施工总平面管理 合理使用场地，保证现场道路、水、电和排水系统畅通。运输 道路的布臵，利用既有道路，与加工点、仓库、钢筋等堆放位臵结 合布臵，并与场外道路连接；临时设施的布臵，避免二次搭建，现 场办公室要靠近施工地点，作到“三通一平”，电线不漏电，管线 不侵限。②施工组织和操作 工地设有施工负责人，来具体组织每一分项工程的实际实施，施工命令的下达要做到统一、科学，使现场的一切活动处于有序化 状态。技术人员现场进行技术指导，重、难点工序要坚持跟班作业； 各工班负责人必须搞好现场交接班，每一班撤离前必须要做到工完 料清，不能留有死角，双方互相推诿；现场混凝土施工必须有配合 比通知单，有合格的计量工具，并按规定正确使用。现场作业人员 要严格按技术交底、施工图纸和施工规范施工。施工时避免损坏地 上和地下管线。③现场材料 存料场的库房要规划布臵合理，有防污染、防潮湿措施；材料 堆放整齐； ④ 机械设备 停放场地平整坚实，不积水；机械设备性能良好，无跑、冒、滴、漏现象；灭火器材、避雷装臵齐全；机械设备有专人管理、操 作。⑤ 资料 各种技术资料、统计报表等齐全、完备、准确；按时呈报完成 实物工作量及进度，并且数字准确； 能够提供工程质量、材料消耗、经济效益的台帐。工程日志记录完备、详实和及时，并时刻放臵在 工地办公室内，随时接受工程师的检查。⑥ 宣传教育 在监理工程师认可的前提下，施工现场应有适当的宣传标语，有竞赛评比栏，有双增双节活动，并有记录；有宣传教育记录。（2）环境保护措施 “两不破坏” ——不破坏景观、不破坏生态； “三不污染” ——
张拉计算 篇3
关键词：内河桥梁；悬吊斜拉；吊索张拉优化
中图分类号：U448 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0034-02
斜拉悬吊组合体桥梁造型新颖、整体刚度大，因此比较广泛地应用于我国内河桥梁中。但是由于这种桥梁属于新型的造桥结构，尚未有十分完备的施工经验，不少工程问题需要摸索解决，加之斜拉悬吊组合体的结构与一般桥梁相比复杂度较高，难以清晰地标度出其受力情况，而吊索张拉则属于非线性的过程，难以直观描述，所以为桥梁的设计与施工带来一些难以解决的问题。合理成桥状态内力分布是桥梁分步施工各阶段追求实现的目标和桥梁安全运营的基础。本文研究了悬吊斜拉桥梁吊索张拉优化，首先概述了悬吊斜拉桥组合体系桥梁吊索张拉与体系转换的常用手段，在此基础上从确立斜拉桥梁吊索张拉方案的原则、吊索张拉方案的改进与优化计算方法以及斜拉桥梁吊索张拉过程监测三个方面，阐述了自锚式悬索桥段吊索的张拉方案优化策略。
1 内河悬吊斜拉桥梁吊索张拉概述
悬吊斜拉桥梁具有独特的特点，决定了这种桥梁在建设中的具体工序必须遵循塔梁施工——缆索施工——体系转换的顺序。对于其中的塔梁施工，目前国内已经积累了许多成熟的施工工艺与管理方法，而缆索施工在我国的开展尚未很广泛，加上工艺复杂，积累的工程经验并不多，可资借鉴的经验也不够完善，因此在实际的施工过程中会面临不少的技术难题和管理问题。悬吊斜拉桥梁是近似闭环施工控制的典型桥梁类型。对于比较常见的斜拉桥和混凝土桥梁，基本上是以挂篮施工为主，在实际的施工中，能够对施工方案和施工质量进行评估并进行具有针对性的调整，能够让桥梁最后的线形和桥梁各部分所受的内力控制在当初设计最大限度之内。而本文所述的自锚式悬索，由于其结构的特殊性，主梁所受内力状态与连续梁相似，通过拉索索力改善主梁受力状态。难以在施工阶段通过不断的跟踪和调整对主缆线形进行改变。在这种情况之下，当桥梁的缆索施工完成之后，即使出现误差，也难以在后面的施工中进行调整。从这个角度讲，本文所涉及的内河悬吊斜拉桥梁施工属于开环系统。
当前，在业界范围之内，内河悬吊斜拉桥梁吊索张拉并不存在一个成熟的被广泛认可和采用的工程施工方法。对于这种桥梁比较先进的施工方法可以分为两种：第一种是整体顶升加劲梁，这种方法不必对桥梁吊杆张拉，但是施工难度比较大。第二种是先对吊索进行安装，再分阶段张拉，这种施工方式稍简单一些，但是这种方式会产生许多位移因素，施工控制较为复杂。本文采用的是后一种
方法。
2 内河悬吊斜拉桥梁吊索张拉方案的选择与优化策略
2.1 悬吊斜拉桥梁吊索张拉方案的原则
本文以某地的内河悬吊斜拉桥梁实例进行分析。由于悬吊斜拉桥梁同时存在刚性吊杆与斜吊杆，而在斜吊杆中，不但存在横向的倾斜，同时也存在纵向的倾斜。所以，在进行体系转换的过程中，必须充分考虑这些结构上的具体特点，同时兼顾工程项目对于工期的要求。所以，需要遵循的原则包括：
2.1.1 在桥梁吊索完工后，体系转换也完成时，应保证桥梁的所有构件在受力方面与具体的线形方面均与最初的过程设计没有较大的偏差。
2.1.2 在对吊索进行逐步张拉的过程中，吊索的上端连线与下端连线不能存在过大的纵向偏差，以免使吊索被损毁。
2.1.3 桥梁的加劲梁部位不可出现过大的应力，必须保证合理的强度。
2.1.4 桥梁的主塔与副塔不能存在过多应力，并且储备足够的压应力，避免出现过多的拉应力。
2.1.5 减少吊索张拉的次数。
2.2 方案的优化与选择
如图1所示为本文所选择的内河悬吊斜拉桥梁吊索张拉案例施工图：
结合前文所述的桥梁吊索张拉需要遵循的原则，本文结合工程实际情况，设计了三种具体的施工方案，下面对每一种方案进行详尽的阐述：
2.2.1 第一种施工方案。第一种施工方案采取的具体步骤是：（1）首先为桥梁安装主缆，对分锚索力进行有序的调整，逐步使桥梁的主缆形成线形；（2）为桥梁安装背索，实现背索的首次张拉；（3）对图1中的D7-D14进行安装，并进行张拉；（4）实现背索的第二次张拉；（5）对图1中的D5-D8以及D15-D16进行安装，并进行张拉；（6）实现背索的第3次张拉；（7）对图1中的剩余部分进行安装，并进行张拉；（8）实现背索的第4次张拉。
2.2.2 第二种施工方案。第二种施工方案采取的具体步骤是：（1）首先为桥梁安装主缆，对分锚索力进行有序的调整，逐步使桥梁的主缆形成线形；（2）为桥梁安装背索，同时保持背索处于无应力索长；（3）对图1中的所有斜吊杆进行安装，并进行张拉。
2.2.3 第三种施工方案。第三种施工方案采取的具体步骤是：（1）首先为桥梁安装主缆，对分锚索力进行有序的调整，逐步使桥梁的主缆形成线形；（2）为桥梁安装背索，同时保持背索处于无应力索长；（3）对图1中的所有斜吊杆进行安装，并由长到短进行张拉；（4）对图1中的剩余钢吊杆进行安装，并由长到短进行张拉。
在以上的三种方案中，斜拉悬索桥的塔顶位移均能够限制在0.6米之下，因此符合桥梁副塔位移的工程质量参数要求；对于从中间向两边张拉的顺序，事实证明会在实际操作的过程中有小部分的斜吊杆应力突破了技术体系的标准，因此在质量安全方面有不足之处。而对于前两种施工方案，在仿真过程中可知，由于应力等方面的问题，会导致斜吊杆应力超越了安全系数的范围，因此无法满足要求；加之方案一张拉的施工工序繁琐，因此通过择优，最后选取了方案三。
2.3 张拉施工所遵循的原则与监测
对悬吊斜拉桥梁进行施工控制，其目标是使成形的桥梁能够实现最初的设计方案。结合上文的分析，自锚式悬索施工属于比较典型的开环控制体系，因此，在悬吊斜拉桥梁逐步成型的时候，其具体的状态应完全按照施工的实际进行确定。此外，桥梁具体结构的施工质量会与桥梁的最终状态高度相关。所以在进行桥梁体系转换施工的时候，一定要结合桥梁具体的结构特点制定详细的控制目标。在桥梁施工的时候，如果处于悬索初张拉阶段，监控的重点应该放在桥梁悬索主缆的位移上；在桥梁施工到达力控阶段的时候，监控的重点应该放在吊索力上；在桥梁成形并进行局部调整的时候，监控的重点应该放在主梁的线形上。因为桥梁在受力的性质上属于体系受力，而悬吊斜拉桥梁的受力又拥有自调整的优势，所以必须保证对桥梁副塔的受力进行严格的监控。
2.3.1 对吊索张拉的控制。对桥梁吊索进行张拉，是桥梁在其施工的初始阶段，由于桥梁吊索的索力往往并不大，较小，在对其张拉进行控制的时候，可以使吊索无应力长度。在这个施工阶段，因为桥梁的吊索受力并不大，因此在对其受力进行测量时，往往会有比较大的误差，而其“无应力长度”则能够测量得比较准确，所以便于进行良好的控制。这一阶段的桥梁主缆尚不具备较强的刚度，吊点的位置也容易发生比较大的变化，考虑到桥梁主缆在线形方面很容易受到周围各类因素的影响，而其中温度的影响也不容忽视，所以以索力控制为主应该是比较合理的控制原则。
2.3.2 对吊索张拉的监测。本文所研究的案例在桥梁全部的刚性吊杆上均布设有液压传感单元，而全部的柔性吊索则布设有磁通量传感单元，所以，施工方只要结合这些传感单元所传递的实时数据便可获取背索所承受的拉力情况。在实现对张拉力的检测与控制时，结合实践经验，推荐以“频率检测法”和“油表检测法”的综合检测结果进行确定，这样能够最大程度上使控制精度得到保证，一旦桥梁吊索长度的理论数值与监控数值出现较大的偏差并且超过了阈值，应立即停止主要工序并严格查找原因，进行调整与弥补。
3 结语
斜拉桥体系的上部结构由梁、索、塔三类构件组成，斜拉桥在国内应用发展很快，本文结合内河斜拉悬吊组合体桥梁的结构特征与受力状况，以某地区内河大桥施工为实例，分析了自锚式悬索段吊索张拉方案，并对方案进行了评价与优选，本文的成果可以供内河桥梁的设计者与施工方借鉴，具有比较好的理论价值与实践意义。
参考文献
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张拉计算 篇4
关键词：单面约束,支架,受力重分布,计算方法
0 引言
连续梁支架现浇常见施工方法有两种, 即整联支架现浇和分节段支架现浇。二者施工工序的不同造成支架的受力不同。预应力张拉后导致的箱梁反拱, 使得张拉前施工支架所承受的荷载在张拉过程中逐渐变化和转移。
当采用整联支架现浇时, 预应力张拉前支架所承受的荷载张拉后逐渐转移至桥墩, 支架所承受的荷载则逐渐减小。由于桥墩的承载能力设计足够负担箱梁的自重, 支架的设计计算往往不需要考虑支架受力重分布的问题。但是, 当采用分节段支架现浇时, 跨中节段张拉预应力钢束后, 梁体反拱往往导致部分支架脱离, 这使得梁体自重只能由箱梁两端附近的某些支架承担。此时, 箱梁两端附近的支架所承受的荷载要比预应力张拉前增大很多。
从施工经济的角度考虑, 设计承载能力足够负担1/2倍跨中节段自重的临时劲性支撑来满足施工的需要, 常导致过度的设计和浪费 (在铁路桥梁的施工中, 该部分涉及的施工费用差额可达数万至数十万人民币不等) 。分节段支架现浇工法的这一特点, 使得跨中节段两端附近的支架设计计算成为该工法的关键技术和施工经济、安全所关注的焦点问题。
我国高校常用的工程教科书中, 为了简化力学模型和突出理论, 通常只考虑双面约束的问题, 对单面约束的问题虽有提及, 但常不做深入探讨。类似单根绳索和单个缝隙的单面约束问题, 往往比较简单。手工计算时, 只需要对所涉及的问题进行试算即可。但预应力张拉导致的支架受力重分布, 则可能涉及多个单面约束问题 (即多排或多榀支架的脱离问题) 。手工进行少数几次的试算往往不足以使问题得到解决, 而国内某些专业的软件 (如某桥梁设计软件) 又不具备计算类似问题的功能。因此, 有必要找到一种计算方法来解决预应力张拉导致支架受力重分布的问题。
1 基于ANSYS的单面约束问题计算方法
1.1 ANSYS中的Link10单元
ANSYS是一款由美国ANSYS公司 (1970年创立) 研发的大型通用有限元计算软件。该软件的结构分析模块 (Mechanical) 专注于结构分析技术的深入开发, 可进行常规的结构分析和非线性分析。ANSYS软件在我国土木工程行业具有一定程度的普及率。ANSYS软件可以采用APDL参数化语言编制命令流进行结构分析, 分析过程步骤清晰、规范, 使用方便。
ANSYS软件中包含有一种考虑只拉不压或只压不拉的杆单元Link10。该单元是一种具有双线性刚度矩阵, 可以模拟杆件轴向只能受拉而不能受压或只能受压而不能受拉的三维杆单元。
当采用轴向只能受拉而不能受压的功能选项时, 可以模拟类似绳索的不能抗压的构件。
当采用只能受压而不能受拉的功能选项时, 可以模拟类似缝隙的不能抗拉的虚拟“构件”。由于Link10单元使用了非线性的计算, 所以使用该单元时只能采用迭代求解 (Link10单元的条件下相当于手工试算) 。除常规的输入参数外, 要用keyopt命令声明只拉不压或者只压不拉的功能选项。
1.2 Link10单元模拟脱离支撑的验证
ANSYS软件的帮助中有包括Link10单元在内的各种单元的验证实例 (Verification Test Case) , 但是Link10单元对应的验证实例仅仅模拟了不能抗压的绳索, 没有模拟脱离支撑的情况。本文设计了如下的简单问题验证了Link10单元模拟脱离支撑的有效性。
验证问题:如图1所示结构由悬臂梁AB及压杆B'C构成。未施加外荷载时, 悬臂梁梁端B与压杆顶部B'接触, 但无相互作用力。
已知悬臂梁梁长为1 m, 横截面为12 mm×100 mm的矩形截面, 材料弹性模量为100 GPa;压杆长1 m, 横截面为10 mm×10 mm的矩形截面, 材料弹性模量为3 GPa。求梁端B点分别受向上作用力F=1 000 N (工况 (1) ) 和向下作用力F=1 000 N时 (工况 (2) ) , 梁端B点的位移。
显然, 当梁端B点受向上作用力F=1 000 N时, 悬臂梁梁端B将与压杆顶部B'分开 (即相互不接触) , 压杆B'C不受力, B点位移可以仅按照悬臂梁计算, 为静定问题;当梁端B点受向下作用力F=1 000 N时, 悬臂梁梁端B与压杆顶部B'相互接触并且呈压紧状态, 压杆分担一部分荷载, B与B'点的位移相等, 为超静定问题。在这两种情况下的位移都可以由材料力学的方法计算理论值。
经ANSYS软件计算, 得到理论值与有限元计算结果如表1所示。可见, Link10单元模拟脱离支撑的有限元计算是足够精确的。
2 预应力张拉导致支架受力重分布的计算实例
2.1 工程背景
某客运专线特大桥 (48+80+48) m预应力连续箱梁, 拟采用如图2所示支架进行分节段支架现浇施工, 该支架主要由模板定型支撑架、底模横向分配梁及垫木、贝雷架和设置于混凝土条形基础 (或桥墩承台) 上的钢管柱及垫梁构成。由于施工过程中施工支架的受力模式可能发生较大变化, 在桥梁80 m主跨的D节段两端分别设置了劲性支撑。
2.2 支架结构的力学模型与计算方法
如图3所示, 在箱梁的混凝土浇筑阶段, 各榀模板定型支撑架的受力可视为附近60 cm范围内的混凝土自重以及其他施工荷载的组合 (按TB 10210—2001中3.3.1条的规定取值) 。D节段预应力张拉施工时的箱梁已经具有100%的设计强度。计算时, 需要考虑箱梁脱离模板定型支撑架的可能。为了简化计算, 可将各部分的力学模型加以简化如下。
1) 节段箱梁视为考虑自重的梁 (结构力学意义上的梁) ;
2) 模板定型支撑架简化为单向承压的压柱, 即受压时存在作用力与反作用力, 受拉时作用力与反作用力为0;
3) 贝雷架作为等效的连续梁处理;
4) 预应力张拉的作用效应按R.B.B.Moorman等效荷载法处理。
箱梁、贝雷架采用Beam188梁单元模拟, 赋予梁单元顺梁向抗弯刚度EI;模板定型支撑架采用杆单元Link10 (单向拉压杆单元) 模拟, 赋予杆单元抗压刚度EA。
2.3 计算结果
节段箱梁中间段及模板定型支撑架出现向上竖向位移, 即出现反拱。进行ANSYS单元节点力查询后知, 中间部分节点模板定型支撑架的节点力为0。
这表明, 中间部分节点对应梁段发生反拱, 脱离了模板定型支撑架, 致使模板支撑架不受压力, 显示力为0。除上述模板定型支撑架外, 节段预应力张拉后两侧各仅有6榀模板定型支撑架承载。
3 结语
基于ANSYS软件的Link10单元, 能有效模拟箱梁在预应力张拉后, 梁体中部反拱导致支架受力重分布的情况。从而, 该计算方法可进一步用于预应力构件现浇施工时的支架设计。仿照ANSYS软件的Link10单元, 将该单元模拟预应力构件脱离支撑的功能, 编制相应的计算程序, 以便有效计算施工阶段的作用效应, 是可以进一步展望的工作。
参考文献
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[3]绍金, 陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京:人民交通出版社, 2002.
张拉碳纤维板施工工艺研究 篇5
概述
据统计截止2005年底，在我国通车公路中，有各种桥梁33.66万座，累计长度1474.75万延米，其中：特大桥876座，145.96万延米；大桥23290座，512.53万延米；其余为中小桥。从2004年全国桥梁普查资料来看，全国查出危桥13303座，达468888延米。危桥的存在，已严重影响到路网和干线的畅通。此外，随着我国交通事业的快速开展，各级公路上的交通流量均在不断增加，运输车辆的吨位有较大幅度的增长，这对我国路网中的桥梁通行能力和承载力均提出了更高更新的要求。因此，通过一定的技术措施，对技术标准低、通行能力和技术状况差及因其他原因造成的危桥进行加宽改造与加固补强，使现有桥梁在今后交通事业的开展中保持充分的适应性，是我国交通管理部门要长期进行的一项重要的工作。
桥梁加固技术改造其根本目的是为了恢复和提高承载力，方法有以下几种类型：1、加强薄弱构件。对于有严重缺陷或因通行重型车辆而不能满足平安承载要求的薄弱构件，采用以新材料，增大构件的截面尺寸、增设外部预应力或用化学粘结剂粘贴补强材料等补强措施进行加固。2、增加辅助构件。3、改变结构体系。
碳纤维板张拉施工就是通过在梁体设置碳纤维板，然后通过张拉以提高梁体承载力的一种施工技术。我公司在广东杜步大桥的加固施工中在国内公路桥梁加固施工首次采用了该技术，取得了理想的效果。
杜步大桥位于原107国道，现清〔远〕连〔州〕一级公路上，中心桩号为K2177+583.227。桥长833m，斜交角度90°，桥宽21.5m，跨径布置为27×30m，上部结构采用预制预应力混凝土T梁，下部桥台采用重力式桥台、扩大根底，桥墩采用柱式墩、桩根底，支座采用圆形板式橡胶支座。该桥设计荷载为汽车－超20级，挂车－120。
在清〔远〕连〔州〕一级公路升级改造过程中，由于路基施工标段在刷坡施工中防护不当，局部巨石砸落到杜步大桥上，造成右幅桥第一跨桥面及梁体严重破坏。依据桥梁检测及设计文件，加固措施中采用了在其中3片T梁马蹄侧面张拉预应力碳纤维板以补偿原结构承载力。
西安瑞通路桥科技根据业主批复的施工组织设计于2008年9月4日至2008年10月1日组织了该工程的施工，广东虎门技术咨询作为该工程的监理全程监理了施工全过程。
设计与施工工艺流程
2.1
设计概况
1、顺桥向在T梁马蹄位置张拉单层碳纤维板，碳纤维板设计厚度2.4mm、宽度为60mm，抗拉强度≥2800Mpa，弹性模量≥1.65*10
Mpa，极限承载力为403.2KN，张拉控制力为220KN，碳纤维板材料平安性能指标必须符合?混凝土结构加固设计标准?中强制执行条款条单向织物〔布〕高强度Ⅰ级的规定。
2、预应力碳纤维板通过固定端与张拉端钢构件与T梁马蹄侧面连接，钢构件采用Q345钢，钢构件外表采用整体镀锌防锈处理，镀锌外面再涂两道红色和银色防锈漆；固定端和张拉端钢构件与混凝土梁采用M20高强锚栓连接。
3、施工完毕后，应在碳纤维板外外表涂抹涂料作为防护。
4、只加固第一跨第1＃、2＃、3＃梁，全桥共3片梁。
2.2施工工艺流程
2.2.1主要施工步骤
a、施工准备；
b、混凝土外表处理；
c、在安装碳纤维板张拉端和固定端构件的位置按照设计图纸要求钻孔种植高强度螺杆；
d、螺杆固化到达设计强度后开始安装张拉端和固定端钢构件；
e、碳纤维板粘贴面在粘贴前用丙酮擦洗干净；
f、在碳纤维板和梁底接触面上涂抹粘结剂，锚具底板和梁底接触面上涂抹粘结剂；
g、安装碳纤维板；
h、张拉碳纤维板并对梁体挠度变化进行观测；
i、张拉完毕后，在碳纤维板两侧〔含碳纤维板〕范围内粉5mm厚粘结剂作为碳板保护层；
j、在固定锚具螺栓的螺帽处抹一层粘结剂，所有的金属件外表再抹一层防锈油脂，然后安装张拉端与固定端锚具盖帽；
k、在被加固的梁底两侧范围包括盖帽均采用高强度、高粘结砂浆保护涂料涂刷保护。
2.2.2
工艺流程图
主要工艺要点
3.1
施工准备
1、搭设施工支架、主要材料的采购及锚具钢构件的加工制造。
根据现场条件搭设适于施工的施工支架。本工程使用的碳纤维板材料为桥梁加固专用材料，设计厚度2.4mm，极限抗拉强度为2800
MPa，弹性模量为1.65x105MPa，极限承载力为403.2KN，碳纤维板张拉控制力为220KN，为碳纤维板极限拉力的55%，该材料为进口的sika供给商提供。碳纤维板与梁体粘结采用SikaDur30粘结剂；锚具底板和梁底接触面上涂抹SikaDur31CFN粘结剂。
锚具钢构件采用厂制，锚具加工所用钢板采用15mm厚A3钢，锚固螺栓采用M8高强螺栓，张拉螺杆采用8.8级钢制M24螺杆。
2、施工放样。在加固的T梁外表按照设计图纸放样，确定碳纤维板和两端锚具位置。放样采用钢尺定位，根据支座位置确定设计位置。
3.2
砼凿除及外表处理
根据施工放样确定固定锚具和张拉端锚具的位置凿除梁体外表砼，厚度为1.5cm〔即锚具钢板厚度〕，以保证粘贴锚具外表与梁体外表水平。在碳纤维板位置处采用角磨机对梁体砼外表进行打磨，再用干布拭擦，确保粘贴面平整且无粉尘。
3.3
植螺栓施工
1、植螺栓方法：采用植筋法对螺栓进行安装，钻孔直径应与螺栓直径配套的钻头进行钻孔。
2、植螺栓用胶和螺栓：植螺栓胶用瑞士喜利得植筋胶，螺栓采用高强锚栓。
3、植螺栓定位、钻孔：在钻孔前先探明梁体钢筋位置并作记号，当钻孔与钢筋位置发生冲突时，适当调整孔位，钻孔时应垂直梁体，钻孔深度为15
cm。
4、清洁孔壁及螺栓：
〔1〕、将吹风机喷嘴深入成孔底部并吹入洁净无油的空气，向外拉出喷嘴，反复3次；
〔2〕、将硬毛刷插入孔中，往返旋转清刷3次；
〔3〕、再将吹风机喷嘴深入成孔底部吹气，反复3次；
〔4〕、对要植入螺栓上的油污应进行清理；
〔5〕、植螺栓前用丙酮擦拭孔壁、孔底和螺栓。
5、植螺栓：植筋胶采用喜利得专用注射器进行灌注，灌注量为孔深的2/3，并保证在植入螺栓后有少许胶体溢出，注入胶体后应立即单向旋转插入螺栓，直至到达设计深度，确保螺杆顶端在同一平面上，并校正螺栓的垂直度。胶体完全固化前，不得触动或振动已植螺栓，以免影响其黏结性能。
3.4
固定端锚具和张拉端锚具的制作：
1、固定端锚具和张拉端锚具采用工厂自动、半自动切割和焊接方法，切割边缘外表光滑，无毛刺、咬口等现象。
2、锚具黏合面采用平砂轮打磨直至露出金属光泽，打磨纹路应与钢板受力方向垂直，锚具黏结面应有一定的粗糙度。
3、锚具螺栓孔位确定与制作
〔1〕将螺杆位置印到事先准备好的胶合板上。胶合板应与锚具底板大小相同，并在板上编号并标注方向。
〔2〕根据印在胶合板上螺杆的位置，用开孔器钻Ø
22mm的孔。
〔3〕、将开好孔的胶合板套入螺杆上。假设不行那么不断修正孔，直至能顺畅地将板套入螺杆。
〔4〕、复测胶合板的中线应于碳板轴线根本重合。
〔5〕、将锚具送到铁件加工车间，依照胶合板上孔的位置在锚具底板上开孔。
3.5
固定端锚具和张拉端锚具的安装与锚固
1、锚具与T梁混凝土间采用SikaDur
CFN粘贴，将配好的胶体正面涂抹在清洁的混凝土和锚具黏结面上，涂胶应自上而下进行。
2、锚具黏结面上抹胶应中间厚两边薄，中间涂抹胶的厚度为5mm左右，将锚具预留孔平稳对准螺栓并迅速拧紧螺帽，使锚具与混凝土紧密黏合，清理挤出的多余胶体。
3.6
张拉碳纤维板
1、把锚具与碳纤维板接触的部位范围内涂上油脂。
2、用丙酮将碳纤维板接触混凝土构件的外表擦洗干净。
3、在碳纤维板上抹2-3mm的Sikadur
30。
4、先在固定端安装上碳纤维板，然后在张拉端安装上碳纤维板和转向板。
5、在张拉端安装千斤顶，确保千斤顶中线与碳纤维板中线重合。千斤顶型号为FYRR-308，最大功率30T,行程210mm。
6、先给碳纤维板施加10%的应力，使碳纤维板绷直，然后再将力归零。记录张拉端夹具的位置，并再次检查各部件的位置。
7、再以20%和60%应力给碳纤维板施加预应力，每一级张拉结束后用扳手拧紧螺帽，每一级之间持荷5分钟，记录张拉端夹具的位置，比拟实测值与计算值之间的偏差。
8、当预应力施加到100%即张拉力为220kN时计算最终碳纤维板张拉伸长值，并持荷5分钟。
9、张拉结束后用双螺帽固定死张拉螺杆。卸除千斤顶。
10、切除过长的张拉螺杆，螺帽后端留3cm。
3.7
安装盖帽
1、将锚具外表涂上一层防锈油脂。
2、安装盖帽
3.8
成品保护
1、用Sikadur
CFN填补锚具四周的缝隙。
2、用Sikadur
CFN
在碳纤维板外表抹5mm厚，150mm宽的保护层。
3、在梁外侧和金属盖帽外表滚涂丙烯酸弹性涂料Sikagard
ElastoColor
CW两度。
3.9
施工平安及考前须知
1、施工中应严格遵守执行?公路桥涵施工技术标准?（JTJ041—2000）、?公路养护平安作业规程?〔JTG
H30－2004〕、?公路工程施工平安技术规程?进行施工，做到专用设备，专职使用。
2、为保证施工平安、结构平安及工作的顺利开展，在施工前必须对施工机具、临时设备及其它保障措施进行详细检查、核对，在确保万无一失前方可施工。
3、碳纤维板为导电材料，使用碳纤维板时应尽量远离电气设备及电源。
使用中应防止碳纤维板的弯折。
碳纤维板配套树脂的原料应密封储存，远离火源，防止阳光直接照射，树脂的配制和使用场所，应保持通风良好。现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施。
4、在碳纤维板张拉的过程中，要对梁体挠度的变化进行观测，如果挠度变化有异常情况，应停止张拉，并检查原因。
检查与验收
由于张拉碳纤维板施工在公路施工是一项新工艺，没有成熟的工艺标准与规定，我们针对设计意图，参照相应标准制定了施工中的控制标准，在施工过程中严格执行。
1、锚具钢构件加工检查与验收
锚具钢构件的加工的材质、厚度、螺孔位置、螺杆长度是确保锚具满足设计要求关键指标，根据设计要求及?机械加工手册?、?公路桥涵施工标准?的相关规定确定钢板采用A3钢、厚度采用15mm、螺孔位置±1mm、螺杆长度±0mm。经现场检查验收，均满足设计要求。
2、碳纤维板检查与验收
碳纤维板采用sika成品，其主要指标为：设计厚度2.4mm，极限抗拉强度为2800
MPa，弹性模量为1.65x105MPa，极限承载力为403.2KN，碳纤维板张拉控制力为220KN，为碳纤维板极限拉力的55%，由sika直供商提供并确保其品质。现场的检查主要是成品的外观，经检查碳纤维板外观顺直、无毛刺、厚度均匀、与张拉固定头连接牢固，从张拉结果看sika碳纤维板质量平稳可靠，满足设计要求。
3、锚具安装检查与验收
根据设计要求，结合?公路桥涵施工标准?的相关规定，锚具安装的容许误差为±10mm，经检查验收实际施工均满足设计要求。
4、碳纤维板张拉施工与验收
根据设计要求，参照?预应力砼施工标准?的相关规定，碳纤维板张拉采用张拉力与伸长值双值控制，由于碳纤维板为多层碳纤维布粘结而成，其弹性模量差异系数相对较大，确定其张拉伸长量容许误差为10%，实际施工中经检查验收满足设计要求。
结论
张拉计算 篇6
先简支后连续T梁是国内外公路上常用的一种桥梁结构新形式, 具有施工简易、行车条件好, 且经济合理, 兼备简支与连续桥的优点和特点。先简支后连续的桥梁, 现在梁厂进行桥梁的预制, 再吊装至墩台上就位, 此时为一般简支体系, 然后通过现场浇筑梁缝连接段混凝土, 张拉负弯矩区域的预应力钢筋, 使之成为结构的连续梁体系。与简支相比, 该结构件少了伸缩缝数量, 有利于行车和改善外观质量及结构受力。
1 T梁简介
根据设计图纸要求, 江咀大桥设计有A型梁, 适合于伸缩缝类型为D-80的边孔主梁;B型梁, 适合于中孔主梁;C型梁, 适合于伸缩缝D-160的边孔主梁。主梁断面:主梁高度2.5m, 梁间距2.2m, 其中内梁预制宽度1.7m, 边梁预制宽度2.05m, 翼缘板中间湿接缝宽度0.5m。主梁跨中肋厚0.2m, 马蹄宽为中部均匀段0.5m、梁两端部均匀加厚段0.7m。预应力体系:预制主梁预应力钢束采用Φs15.2-8及Φs15.2-9钢绞线, 镀锌波纹管成孔, 锚具参考OVM 15锚固体系。现浇连续段采用Φs15.2-5钢绞线, BM15扁形锚具, 管道用镀锌波纹管成孔, 卷管所用钢带厚度不小于0.35mm。钢绞线均采用两端一次张拉锚固。
B型梁钢束立面布置图和钢束平面图如图所示:
40m T梁钢绞线束为4束, 分部划分为N1、N2、N3及N4, 每束均为9根钢绞线形成, 按照N1→N2→N3→N4的先后顺序进行两端同时对称张拉。钢束张拉程序为:0→15%δcon→30%δcon→50%δcon→100%δcon (持荷2分钟后锚固) 。
预应力钢绞线均采用技术性能符合国际《预应力混凝土钢绞线》 (GB/T5224-2003) 标准的高强度低松弛7股钢绞线, 公称直径Φ=15.2mm, 钢绞线公称截面积为A=139mm2, 抗拉强度标准值f〖pk〗=1860Mpa, 弹性模量Ep=1.95×105Mpa, 每束张拉控制应力为0.75f〖pk〗=1395Mpa, 采用两端张拉。钢束张拉采用双控指标, 即锚下张拉力和钢束延伸量, 以张拉力为主, 延伸量校核。
对称张拉所用的1#、2#千斤顶对应的压力表编号分别为0311#、0312#, 1#、2#千斤顶压力表通过标定得出对应的回归方程为:P1=0.0217F-0.2048、P2=0.0221F-0.0190。
2 T梁张拉控制应力计算步骤
2.1 各个阶段的张拉应力控制计算
1) 当T梁进行15%δcon张拉时控制应力为:15%δcon=0.15×1395=209.95M pa;
2) 当T梁进行30%δcon张拉时控制应力为:30%δcon=0.3×1395=418.5M pa;
3) 当T梁进行50%δcon张拉时控制应力为:50%δcon=0.5×1395=697.5M pa;
4) 当T梁进行100%δcon张拉时控制应力为:100%δcon=1×1395=1395Mpa;
2.2 钢绞线N1各个张拉阶段控制应力计算
1) 控制应力δkc=δconc×AP×N, 其中δconc为各个阶段的张拉控制应力;AP为钢绞线公称截面积;N为钢束中钢绞线的股数。
各个张拉阶段钢绞线的控制应力分别为:
a.当T梁进行15%δcon张拉时控制应力为:
15%δkc=209.95×139×9=262.6475KN;
b.当T梁进行30%δcon张拉时控制应力为:
30%δkc=418.5×139×9=523.5435KN;
c.当T梁进行50%δcon张拉时控制应力为:
50%δδkc=697.5×139×9=872.5725KN;
d.当T梁进行100%δcon张拉时控制应力为:
100%δkc=1395×139×9=1745.1450KN;
2) 钢绞线N1各个阶段张拉控制应力所对应的1#千斤顶压力表 (0311#) (放置在T梁右侧) 示数MC1分别为:
3) 钢绞线N1各个阶段张拉控制应力所对应的2#千斤顶压力表 (0312#) (放置在T梁左侧) 示数MC2分部为:
4) 因N1、N2、N3、N4钢绞线股数相同, 均为9股, 且1#、2#千斤顶压力表均在同一侧, 所以N2、N3、N4与N1各个阶段张拉控制应力所对应的1#千斤顶压力表 (0311#) 示数MC1相等;N2、N3、N4与N1各个阶段张拉控制应力所对应的2#千斤顶压力表 (0312#) 示数MC2也相等。
3 T梁预应力张拉成果
结论:经过对江咀大桥2-2T梁的预应力进行准确计算, 并按照预应力计算值进行两端同时张拉, 钢束张拉采用张拉力和延伸量进行双控, 通过正确张拉和准确计算, N1、N2、N3、N4每束钢绞线的张拉应力、延伸量均满足设计要求, 其理论伸长值与实际伸长值的误差值均在±6%范围内, T梁经过张拉后起拱度为21mm, 所有施工参数均满足设计及规范要求, T梁张拉合格。
4 结语
目前黄金坪水电站省道S211复建公路工程江咀大桥所有T梁张拉完成, 每束钢绞线的张拉应力、延伸量均满足设计要求, 其理论伸长值与实际伸长值的误差值均在±6%范围内, 所有T梁施工参数均满足设计及规范要求, T梁张拉全部合格。在施工期间, 通过对江咀大桥T梁张拉工序的有效管控, 取得了良好的成效并总结得出以下几点经验:
1) T梁张拉前应先对千斤顶与压力表等张拉设备进行配套校验率定, 以准确确定张拉设备与压力表之间的关系曲线 (也称回归方程) , 如本文的回归方程为:P1=0.0217F-0.2048、P2=0.0221F-0.0190。
2) 预制梁须在完成预制14天及T梁强度达到设计要求后才能张拉, 张拉前要提前对每束钢绞线的张拉控制应力进行准确计算, 并绘制好张拉表格, 在进行张拉时要求必须派专人操作张拉设备, 并配备对讲机, 两端同时对称进行张拉, 并及时汇报张拉数据。在张拉过程中要求派专人对张拉数据进行量测和记录, 对张拉数据进行及时的整理。
3) 为了避免张拉数据出现混淆, 要求张拉T梁时其张拉设备每次都放在同一侧 (左侧或右侧) , T梁张拉完成后要求及时都张拉起拱度进行检查, 若起拱度过大或过小, 说明该T梁在张拉时可能预应力计算时存在一定的误差, 应及时查找原因并提出解决方案。
4) T梁张拉完成后要及时按照设计要求对其进行注浆封锚, 并对T梁进行支撑, 以防止T梁倾倒。
摘要：本文以黄金坪水电站省道S211复建公路工程Ⅲ标段江咀大桥为例, 主要阐述了江咀大桥40mT梁张拉控制应力的计算过程和张拉控制成果, 根据《公路桥涵施工技术规范》和施工图设计文件相结合, 通过对江咀大桥40mT梁张拉应力的计算过程进行有效控制, 确保江咀大桥40mT梁各项施工参数满足设计及相关规范要求。
关键词：江咀大桥,40mT梁张拉应力计算,对称张拉,平均受力
参考文献
[1]公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000) .
[2]公路工程质量检验评定标准 (JTG F80/1-2004) .
张拉计算 篇7
关键词：钢绞线,张拉,计算
桥梁上部构造采用25m、40m装配式预应力T梁。预应力钢铰线采用专业厂家生产的ΦS15.2mm, 钢铰线面积139mm2, 标准强度1860MPa, 抗拉设计强度1260MPa。预制T梁锚具采用M15型锚具及其配套设备, 管道采用扁形高密度聚乙烯波纹管, 钢铰线锚下控制应力为σk=0.75Ryb=1395MPa, 张拉采用双控, 以钢束伸长量进行校核。 (见表1)
1 25m T梁钢铰线张拉计算
1.1钢绞线理论伸长值计算
1.1.1计算公式及参数
1.1.1.1预应力筋的理论伸长量计算公式及参数
式中:Pp-预应力筋的平均张拉力 (N) ;L-预应力筋的长度 (mm) ;A-预应力筋的截面积 (mm2) , 取139mm2;Ep-预应力筋的弹性模量 (N/mm2) , 取1.95×100N/mm2。
1.1.1.2预应力筋的平均张拉力计算公式及参数
式中:P-预应力筋张拉端的张拉力 (N) ;x-从张拉端至计算截面的孔道长度 (m) ;θ-从张拉端至计算截面的曲线孔道部分切线的夹角之和 (rad) ;k-孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数:取0.0015;u-预应力筋与孔道壁的磨擦系数, 取0.17。
1.1.2伸长量计算:
1.1.2.1 N1筋理论伸长量计算
(1) 预应力筋的平均张拉力计算
ρ=σk×A×n=1395×139×7=1357335N
两端同时张拉, x取至跨中位置即x=12.23m
θ=平弯角度+竖弯角度=6°+8°=14°=0.24435rad
(2) 预应力筋的理论伸长量计算
1.1.2.2 N2筋理论伸长量计算
(1) 预应力筋的平均张拉力计算
ρ=σk×A×n=1395×139×7=1357335N
两端同时张拉, x取至跨中位置即x=12.253m
θ=平弯角度+竖弯角度=6°+8°=14°=0.24435rad
(2) 预应力筋的理论伸长量计算
1.1.2.3 N3筋理论伸长量计算
(1) 预应力筋的平均张拉力计算
ρ=σk×A×n=1395×139×7=1357335N
两端同时张拉, x取至跨中位置即x=12.267m
θ=平弯角度+竖弯角度=0°+8°=8°=0.13963rad
(2) 预应力筋的理论伸长量计算
1.2钢绞线实际伸长量的量测
1.2.1张拉程序
1.2.2油表读数计算
设计张拉应力:σk=0.75Ryb=1395MPa
千斤顶型号:YDC1500
对应油表编号:702
回归方程:y=0.5659+0.0359x (见表2)
2 40m T梁钢铰线张拉计算
2.1钢绞线理论伸长值计算
2.1.1计算公式及参数
2.1.1.1预应力筋的理论伸长量计算公式及参数
式中:Pp-预应力筋的平均张拉力 (N) ;L-预应力筋的长度 (mm) ;A-预应力筋的截面积 (mm2) , 取139mm2;Ep-预应力筋的弹性模量 (N/mm2) , 取1.95×100N/mm2。
2.1.1.2预应力筋的平均张拉力计算公式及参数
式中:P-预应力筋张拉端的张拉力 (N) ;x-从张拉端至计算截面的孔道长度 (m) ;θ-从张拉端至计算截面的曲线孔道部分切线的夹角之和 (rad) ;k-孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数:取0.0015;u-预应力筋与孔道壁的磨擦系数, 取0.17。
2.1.2伸长量计算:
2.1.2.1 N1筋理论伸长量计算
(1) 预应力筋的平均张拉力计算
ρ=σk×A×n=1395×139×7=1357335N
两端同时张拉, x取至跨中位置即x=19.7m
θ=平弯角度+竖弯角度=0°+7°=7°=0.12217rad
(2) 预应力筋的理论伸长量计算
2.1.2.2 N2筋理论伸长量计算
(1) 预应力筋的平均张拉力计算
ρ=σk×A×n=1395×139×7=1357335N
两端同时张拉, x取至跨中位置即x=19.736m
θ=平弯角度+竖弯角度=0°+9°=9°=0.15708rad
(2) 预应力筋的理论伸长量计算
2.1.2.3 N3筋理论伸长量计算
(1) 预应力筋的平均张拉力计算
ρ=σk×A×n=1395×139×7=1357335N
两端同时张拉, x取至跨中位置即x=19.742m
θ=平弯角度+竖弯角度=0°+8°=8°=0.13963rad
(2) 预应力筋的理论伸长量计算
2.1.2.4 N4筋理论伸长量计算
(1) 预应力筋的平均张拉力计算
ρ=σk×A×n=1395×139×7=1357335N
两端同时张拉, x取至跨中位置即x=19.762m
θ=平弯角度+竖弯角度=0°+8°=8°=0.13963rad
(2) 预应力筋的理论伸长量计算
2.2钢绞线实际伸长量的量测
2.2.1张拉程序
2.2.2油表读数计算
设计张拉应力:σk=0.75Ryb=1395MPa
千斤顶型号:YDC1500
对应油表编号:702
张拉整体塔设计 篇8
1 坐标缩减法找形
张拉整体结构设计的难点是结构的找形,下面采用坐标缩减法对两层的张拉整体塔进行找形。
坐标缩减法是利用虚功原理得出构件广义坐标间的关系,能很好地控制结构的形状,如果结构是对称的,求解将很容易,所以比较对称结构形式适用于此种方法。这种方法由Sultan 等提出。设张拉整体结构由M根索和O根压杆组成,压杆为刚性杆;g为确定压杆长度的广义坐标,g=[g1,g2,…,gN]T;t为索力,t=[t1,t2,…,tN]T;l为杆件的长度。
考虑所有的索,且Aij=∂lj/∂gi,得出:δl=ATδg。A为N×M阶矩阵。
因为压杆的伸长量为0,由虚功方程得:tTδl=(At)Tδg。
对任何δg,方程右侧为0,所以At=0,此方程有非零解,rankA<M。
以上是张拉整体结构坐标缩减法找形的理论基础。
下面以两层的张拉整体塔为例,找出结构的拓扑关系。结构如图2所示[2]。每层三根压杆,上下两个平面为刚性平面;两平面间分为两层,每层有两根压杆。除了上下平面的底索(B)外,其他索可以根据位置不同分为三组,竖向索(V)、对角索(D)和鞍形索(S)。因为表示压杆位置的坐标数目,对解题的难易程度有直接影响,所以在表示压杆位置时,尽可能用较少的坐标。
1)对每根压杆指定一个转角αj,压杆所在竖向平面和底索所在竖向平面间的夹角;δj为压杆和z轴间的夹角。
2)上底面相对于下底面的六个广义坐标,包括三个平动坐标和三个转动坐标。
在目前情况下,A矩阵为18×18阶矩阵,计算求解很不方便,可以利用对称性来减少未知量,让塔高度对称,所有压杆的αj,δj相同,设上下两层塔的重叠高度为h,为了提高对称性,假设上下底面三角形为等边三角形,且所有的点在一个圆柱面上。压杆长度l和三角形边长a已知。目前共有三个变量:α,δ,h;三种索:竖向索(V)、对角索(D)和鞍形索(S),所以可以将A矩阵简化为3×3阶矩阵。求解,用三个未知量列出A矩阵,然后求解detA=0,得:
如果不想设计这样高度对称的张拉整体塔,理论思想与上述一致,只是A矩阵的求解过程比较麻烦。
2 张拉整体塔的设计
根据上述公式,取α=0.9 rad,δ=0.566 8 rad,h=0.953 3 m。底面等边三角形边长a=2 m,压杆长度l=4 m。
压杆材料选用83×4的钢管,索用10钢丝绳代替,压杆屈服强度235 MPa,钢丝绳公称抗拉强度1 470 MPa,压杆的选择考虑长细比的要求由回转半径决定,计算时预应力取180 MPa。用ANSYS分析时前后两次迭代控制精度取0.001 m,施加预应力稳定后坐标值见表1,变形图见图3,应力值见表2。
3结语
张拉整体体系在理论上是目前各种结构体系中受力最为合理的。其核心思想简单明确,但研究张拉整体体系的难点由于张拉整体体系理论要求严格、结构拓扑关系复杂,找形设计过程十分繁琐,使得设计应用有一定的困难,以至于真正意义上的张拉整体建筑尚未建成[3]。文中详述了张拉整体塔的找形方法,并对双层张拉整体塔进行了找形和理论分析。文中的研究对张拉整体结构在建筑上的应用积累了一定的经验。
摘要：系统地阐述了张拉整体坐标缩减找形方法,并用此方法对典型的张拉整体塔进行找形,之后又对找形结果进行了分析验证,完成了张拉整体塔的理论分析过程,对从事张拉整体体系的设计研究人员具有参考价值。
关键词：张拉整体,坐标缩减法,张拉整体塔,设计
参考文献
[1]R.Motro,V.Raducanu.Tensegrity Systems[J].InternationalJournal of Space Structures,2003,18(2):77-84.
[2]A.G.Tibert,S.Pellegrino.Review of Form-Finding Methods forTensegrity Structures Tensegrity Systems[J].International Jour-nal of Space Structures,2003,18(4):209-223.
[3]王洪军,张其林,周骥,等.张拉整体模型制作[J].空间结构,2005,11(2):53-56.
张拉式膜结构简析 篇9
1.1 找形分析
张拉式膜结构作为一种柔性体系, 膜材本身并不具备抗压、抗弯以及抗剪能力, 因此其刚度和稳定性要由膜面的曲率变化以及膜材中的预张应力来提供, 仅当存在适当预应力时才膜材具有确定的形状, 而且其几何形状是随支承、边界条件和预应力分布状态而变化的, 因而膜结构设计的首要内容就是所谓的“形状生成”, 即初始形态分析, 借此来确定支承、边界条件、预应力状态一曲面形状这一综合系统在满足使用要求前提下的优化组合, 这在力学上是一个反问题。目前在国内均采用非线性有限元分析方法来解决, 但理论上远未定型。目前较为常用的是P.D.Gosling等提出的力密度法, 其基本方法是将膜结构离散为由节点和杆元组成的索网状结构模型, 在给出了离散后结构各杆件的几何拓扑关系、设定的力密度值和边界节点坐标后, 根据最小势能原理建立每一节点的静力平衡方程, 将几何非线性问题转化为线性问题, 然后解线性方程组, 求得各节点坐标;另外还有英国Barnes等提出的动力松弛法;它的基本原理是将结构体系离散为节点和节点之间的连接单元, 对各节点施加激振力使之围绕平衡位置产生振动, 然后动态跟踪各节点的每一步振动过程, 直到各节点由于阻尼的影响而最终达到的静止平衡态, 最终的平衡态即为各节点状态。除了动力松弛法和力密度法外, 目前在计算机分析中常用的还有非线性有限元法。将薄膜结构进行有限元离散, 通过求解大位移小应变几何非线性有限元方程, 求得膜结构的内力和变形。
1.2 荷载分析
膜结构的荷载分析包括静力分析和动力分析两部分。
1.2.1 静力分析
由于张拉式膜结构自身重量很轻而且为柔性结构, 因此膜结构对地震力有良好的适应性。而由于其特殊的结构形式, 对风荷载、雪荷载的荷载作用比较敏感, 同时还应该考虑活荷载的作用。由于索膜单元具有小应变、大位移的强几何非线性特点, 因此单元模型建立时, 必须考虑非线性效应。目前对膜结构的静力分析大多以非线性有限元为基础, 主要考虑材料在弹性阶段的工作分析仅考虑结合非线性。膜材不是弹性材料, 但几何非线性和材料非线性同时考虑困难较大, 一般将膜材简化为正交异性线弹性材料进行分析。张拉膜结构的分析是从预应力状态到受荷的状态, 可用三角形平板单元或四角形单元。静力分析的最大难点就是要考虑膜材受压时退出工作, 即把膜看成只能受拉、不能受压荷抗弯的只拉单元。但当膜曲面出现反向时, 松弛的膜会继续受荷。
1.2.2 动力分析
索膜结构因其自身轻、刚度小而自振频率较低, 在风荷载作用下易产生较大的变形和振动, 是一种风敏感结构。在风力作用下除产生顺风向荷横风向振动外, 还可能产生驰振荷颤振。美国瑞雷 (Raleigh) 体育馆的悬索结构就由于在风荷载作用下产生较大振动影响正常使用而不得不在内部增设抗风索, 意大利一圆形悬索结构在一场强风下发生部分倒塌。这不仅是因为向上的风吸力可能会比向下的结构自重、屋面活荷载、雪荷载更大, 而跟风荷载的特性有关。由于风荷载动力分析的复杂性, 至今没有得到很好的解决。目前国内的设计仍将风荷载等效为静荷载, 通过风洞试验, 确定风压分布系数, 用风振系数代表风的动力效用。以下为悬索屋盖结构的风荷载公式:
p=µsµzAω0+µsAωp
其中, 第一项为静力荷载, 它对膜结构作用可用静力学方法求得;第二项为脉动风荷载, 它对膜结构的作用应该用随机振动学理论求解。而由于膜结构的自重小, 使膜结构的风致动力效应与其它结构相比具有明显的特殊性。
1.3 裁减分析
1.3.1 裁剪方法简介
在荷载分析完成后, 即可进行膜材的裁剪。膜材的裁剪步骤为:裁剪线的确定→空间曲面展开平面→预应力的释放。关于膜结构的裁剪目前已有多种方法, 德国和国内的一些学者采用的方法大多是从曲面上的测地线出发, 进行裁剪线的确定, 这种方法确定的裁剪线的终点与目标值存在误差, 除此之外, 裁剪线的确定方法还有平面切割线法、有限元网格线法等。动态规划法可以近似展开任意曲面, 但这种方法不能得到唯一的结果, 并且收敛困难, 除此之外, 曲面展开的方法还有最小二乘法、几何法等;预应力的释放可采用试验方法进行, 可以较好地反映膜的应力释放过程, 但这需要较多的试验费用, 除此之外, 预应力释放的方法还有有限元法、弹性回缩比法等。而膜结构的裁剪拼接过程无论如何都是会有误差的, 这是因为首先用平面膜片拼成空间曲面就一定会有误差, 其次膜布是各向异性非线性材料, 在把它张拉成曲率变化多端的空间形状时, 不可避免的会与初始设计形状有出入。迄今为止, 已建立了很多种方法来处理这一问题。很难评价哪个方法的精确度一定就高, 但还是有几个标准可以用来判断这些裁剪方法是否实用。那就是可靠性、灵活性和完成时间。
1.3.2 裁减分析方法
(1) 裁剪线确定即将膜曲面剖分为空间膜片, 几十年来的研究和工程实践裁剪线主要应用以下三种方法:平面切割线法、有限元网格线、测地线法, 其中以测地线为基础来确定裁剪线的方法应用最多; (2) 膜片展开即将空间膜片展开为平面裁剪条元, 空间膜片平面的展开主要考虑其计算精度和效率。国内外常见做法有三角形展开法、几何法、无约束极值法、最小应变能法, 还有一种二次测地线法, 二次测地线法能够充分利用测地线简单和精确的特性, 快速准确地将空间裁剪条元展开为平面图形。由于每一种方法都有一定的局限性, 因而很难评价哪个方法的精确度更高, 但还是有几个标准可以用来判断这些裁剪方法是否实用, 那就是可靠性、灵活性和所需时间。
2 张拉膜结构的发展展望
通过对索膜结构的体系分类及分析方法的综述, 它作为21世纪最具前途的建筑结构形式之一应用前景是十分广阔的, 展望未来, 索膜结构由于其成型的特点, 首先应该加强结构形态学 (Structural Morphology) 研究 (专门研究结构承重构件与形式之间的关系, 包含了形状、材料、荷载与结构体系四大要素) 。其次, 结构优化已经被成功地运用在大量生产的汽车和飞机设计中, 而采用复杂程度更高的形状与拓朴优化对于索膜结构也具有巨大的潜力。
我们有理由相信, 随着时代的进步和科技的发展, 张拉膜结构体系以其无与伦比的优越性越来越广泛地应用于各个领域。与其他建筑不同的是, 它特别需要建筑师与结构工程师的密切配合或集于一身去进行建筑造型创造与设计。因而建筑师在张拉膜结构建筑的设计时, 要掌握基本的结构概念, 充分了解结构构成原理, 并深刻理解其结构体系特点, 将张拉膜结构体系的内在逻辑规律通过艺术的形式表达出来, 达到力与形的统一;用合理优美的膜结构形式来强化建筑自身的创作意图, 达到形与意的统一。在此基础上, 充分重视建筑的场所特性和人与空间的关系, 使张拉膜结构技术在更高层次上实现与情感的抒发融为一体, 创作出更精彩、更具生命力的建筑作品。
参考文献
后张法预应力张拉 篇10
预应力结构在桥梁工程中广泛使用, 后张法预应力钢铰线的张拉是后张法梁板预制的关键项目之一。
1 钢铰线理论引伸量的计算
后张法预应力钢铰线孔道为曲线, 目前对钢铰线张拉采取应力和伸长量双控, 准确计算钢铰线理论引伸量是张拉前重要的技术准备工作。
1.1 计算公式
公式1:σp=σ× (1-e- (μθ+kx) ) / (μθ+kx)
σp:区段平均张拉力 (Mpa)
σ:区段端张拉应力 (Mpa)
μ:预应力筋与孔壁摩擦系数
θ:区段内曲线孔道部分切线的夹角和 (rad)
k:孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数
x:区段长度 (m)
公式2:σsl=σ× (1-e- (μθ+kx) )
σsl:区段应力损失至计算截面时的端张拉力 (Mpa)
σ:区段未损失端端张拉应力 (Mpa)
μ:预应力筋与孔壁摩擦系数
θ:区段内曲线孔道部分切线的夹角和 (rad)
k:孔道每米局部偏差对摩擦的影响系数
x:区段长度 (m)
公式3:Δl=σp×x/Ep
Δl:钢铰线引伸量 (mm)
σp:平均张拉力 (Mpa)
Ep:钢铰线的弹性模量 (N/mm2)
x:区段长度 (m)
1.2 计算方法
1.2.1根据管道线型及对称张拉的特点, 把钢铰线划分为区段。
1.2.2根据公式2计算出某区段的端张拉力, 然后根据公式1计算区段内的平均张拉力。
1.2.3最后根据公式3计算区段的引伸量。
1.2.4各区段钢铰线引伸量之和即为总引伸量。
2 钢铰线张拉的施工工艺及注意事项
2.1 张拉工艺
2.1.1钢铰线下料。
钢绞线采用砂轮切割机切割, 禁止用电弧或氧气切割, 钢铰线下料长度为孔道长度加工作长度, 工作长度包括工具锚、工作锚, 千斤顶, 限位板安装后的组合长度及预留长度。
2.1.2钢铰线编束。
对下好料钢铰线按编束、编号存放。
2.1.3检查清洗孔道。
检查预应力孔道, 先用高压水冲洗孔道, 再用通孔器进行清孔, 确保孔径和孔道畅通。
2.1.4穿钢绞线束。
采用卷扬机辅助人工穿束, 钢绞线束两端露出锚垫板长度要大致相等。
2.1.5机具安装就位。
加工简易千斤顶提升架。钢铰线穿束完成后安装工作锚、夹片, 限位板, 再通过提升架调整千斤顶位置, 安装工具锚、夹片, 使工作锚与限位板接口吻合, 轴线重合, 然后把工具锚的夹片顶进。
2.1.6钢绞线张拉。
按设计张拉顺序和要求进行, 采用纵向、横向对称同步张拉工艺, 张拉力钢绞线伸长量双控, 以张拉力为主, 张拉程序为:0→10%σcon→量测→20%σcon→量测→100%σcon→量测→σcon (持荷2min后锚固) 。
在梁两端张拉的操作人员配备对讲机, 保证两端张拉同步。操作步骤如下:a.试运转与排气。检查油箱加足液压油, 电气接线正确后, 便可使运转。开机前泵内各容油空间都充有空气。空气混入液压油中, 产生的压力不稳定, 流量不足, 产生噪音。因此开始打开控制阀, 使油泵空运转至液流中无气泡存在为止。b.调整安全阀。封闭出油嘴, 打开送油阀, 关闭回油阀, 向左松动安全阀至最外位置, 开动电机。关闭送油阀, 缓慢右旋安全阀体, 压力表指针则随之相应上升, 待升至所需压力时为止。c.施加初应力。向右旋拧送油阀, 压力随之由零增加, 在两端确定初应力施加完成后快速打开送油阀持荷, 并及时测量钢铰线伸长量L1。d.施加和初应力相邻级应力。向右旋拧送油阀, 压力随之继续增加, 在两端确定初应力施加完成后快速打开送油阀持荷, 并及时测量钢铰线的伸长量L2做好记录。e.施加应力至张拉控制应力。关闭送油阀, 压力继续增加直至最大张拉控制力, 打开送油阀持荷2分钟, 并测量钢铰线的伸长量L3做好记录。则钢铰线实际伸长量ΔL=L2+L3-2*L1。实际伸长量与设计伸长量误差不得超过±6%。f.锚固。张拉完成后, 打开千斤顶回油阀卸荷回程。并及时测量梁体拱度, 做好记录。
2.2 注意事项
2.2.1张拉设备的选用和校验。将选用的张拉设备包括油压千斤顶、高压油泵和油压表, 编号进行配套校验, 油压表等级不低于1.5级。
对所用的油压千斤顶、高压油泵和油压表、连接管路等要试车进行检查, 如发现有漏油和不正常的情况要查明原因, 及时排除。
2.2.2张拉作业用机具检查:2.2.2.1张拉装置的检查:油量应充足, 并应使用油泵用优质矿物油;千斤顶与油泵以及高压油管两端连接器的灰尘应予以清除;应抽出高压油泵内的空气;不应该有漏油现象;应熟悉油泵的操作顺序。2.2.2.2电动油泵使用注意事项:运输过程中翻倒时, 一般不能再使用;共给油箱的油, 应使用油泵用优质矿物油;启动电动油泵的电动机时, 应确认流量调整把手并缓慢进行, 而且压力不得超过规定;事先应核对电源的电极和电压, 而且不得拆掉软线的插头来使用, 或截断软线来接线;开动张拉端控制阀时, 应一边看压力表, 一边慢慢打开。2.2.2.3张拉用临时设备:检查是否保证有所需的电源;必须检查是否确保有张拉装置的作业空间;必须检查作业脚手架是否齐备、安全;必须准备好平板车等搬运工具;用作千斤顶的起吊装置, 应准备好倒链滑车、人字扒杆、吊索、麻绳以及粗铁丝等。张拉装置不得被雨淋, 因此, 要有防雨设备;对于长钢束, 指挥者的号令很难传清楚, 此时可使用步话机。
2.3 加强对材料质量的检查
2.3.1千斤顶和油表保持良好的工作状态, 保证误差不超过规定;千斤顶的卡盘、楔块尺寸应正确, 没有磨损沟槽和污物以免影响楔紧和退楔。
2.3.2锚具尺寸应正确, 保证加工精度。锚环、夹片应逐个的进行尺寸检查, 有同符号误差的应配套使用。亦即锚环的大小两孔和夹片的粗细两端, 都只允许同时出现负误差, 以保证锥度正确。
2.3.3夹片应保证规定的硬度值, 当夹片硬度不足或不均, 张拉后有可能产生内缩过大甚至滑丝。为防止夹片端部损伤钢丝, 夹片头上的导角应做成圆弧。
2.3.4锚环不得有内部缺陷, 应逐个进行电磁探伤。锚环太软或钢度不够均会引起夹片内缩超量。
2.3.5预应力筋使用前应按规定检查:钢丝截面要圆, 粗细、强度、硬度要均匀;钢丝编束时应认真梳理, 避免交叉混乱;清除钢丝表面的油污锈蚀, 使钢丝正常楔紧和正常张拉。
2.3.6检查限位板与工作锚接口, 限位板内槽深度应稍大于夹片在工作锚外露长度, 防止张拉过程中夹片顶进抵消部分张拉力。
2.4 严格执行张拉工艺
2.4.1垫板承压面与孔道中心线不垂直时, 应当在锚圈下垫薄钢板调整垂直度。将锚圈孔对正垫板并点焊, 防止张拉时移动。
2.4.2锚具在使用前须先清楚杂物, 刷去油污。
2.4.3千斤顶给油、回油工序一般均应缓慢平稳进行。特别是要避免大缸回油过猛, 产生较大的冲击振动, 易发生滑丝。
2.4.4张拉操作要按规定进行, 防止钢丝受力超限发生拉断事故。
2.4.5在冬季施工时, 特别是在负温条件下钢丝性能发生了变化 (钢丝伸长率减少, 弹性模量提高, 锚具变硬、变脆等) 。故冬季施工较易产生滑丝和断丝。建议预应力张拉工作应在正温条件下进行。
2.4.6滑丝与断丝的处理
滑丝与断丝现象发生在顶锚以后可采用以下方法。
用带有退锚器穿心顶按张拉状态装好, 并将夹片顶紧。一端张拉, 当钢丝受力伸长时, 夹片稍被带出。这时立即用钎卡住螺纹 (钢钎可用Ф5mm的钢丝、端部磨尖制成, 长20cm~30cm) 。然后缓慢回油, 钢丝内缩, 夹片因被卡住而不能与钢丝同时内缩。再次进油, 张拉钢丝, 夹片又被带出。再用钢钎卡住, 并使主缸回油, 如此反复进行至夹片退出为止。然后拉出钢丝束更换新的钢丝束和锚具, 进行单根钢绞线补拉。
3 钢铰线实际引伸量的测定
3.1 钢铰线实际伸长量测定
钢铰线实际伸长量一般的方法为测定千斤顶油缸伸长, 理论上钢铰线若不发生滑丝现象油缸伸长量和钢铰线伸长量相等, 但在施工过程中滑丝现象普遍存在, 只是滑移量较小, 同时还考虑到工具锚夹片在10%控制应力到100%控制应力的回缩, 油缸的伸长量与钢铰线伸长量并不相等。因此在测定钢铰线伸长量采用两种方法, 一是在钢铰线外露端作标记测量伸长量, 二是测油缸伸长量, 第一种方法测量伸长量较为准确, 同时对两种测量方法的测量数据进行比较可判断钢铰线滑移方向及滑移量。
3.2 回缩量的测定
回缩量包括两部份, 即锚具、夹片回缩和钢铰线回缩。一般情况下, 设计方已经考虑了锚具、夹片回缩。钢铰线张拉到100%控制应力后回程至20%控制应力工作夹片自锚, 此时测定钢铰线的伸长量与钢铰线张拉到100%控制应力伸长量差值即为回缩量。
摘要：应力结构在桥梁工程中广泛使用, 后张法预应力钢铰线的张拉是后张法梁板预制的关键项目之一。