张拉结构论文（精选11篇）
张拉结构论文 篇1
1 张拉膜结构的设计分析
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
[1]陈务军.膜结构工程设计[M].中国建筑工业出版社, 2005, 2.
张拉结构论文 篇2
1、施工准备
1.1、预应力张拉材料的质量控制
严把材料质量关，产品要有出厂合格证，对到场材料进行检验，其强度、刚度、严密性及螺旋压接缝咬合牢度等各项指标均达到质量标准方可使用。
对进到现场的材料妥善保管，并采取防雨、防潮措施，按施工进度计划进料，或在施工现场随用随加工制作。有严重锈蚀的不得使用，作报废处理。
波纹管在运、安放过程中，减少或防止外力作用．防止波纹管变形，发现变截面的波纹管及时更换。加强对波纹管的保护减少对其损伤。减少电焊作业。在普通钢筋骨架成型后再铺设波纹管，用振捣棒振捣混凝土时，要避开波纹管接头。用大规格的波纹管作套管，套管长20～30cm．管道接头在套管内要对口、居中．两端的环向缝隙用胶带封闭严密。
1.2、预应力张拉设备的选择
施加预应力前应对张拉设备进行核查。施加预应力所用的机具设备以及仪表应由专人使用和管理，并应定期维护和校验。千斤顶及其配套的油汞、油压表一起进行校验。校验仪器可采用压力试验机、标准测力计或传感器等。与每台油泵配套的压力表备有两块，在操作时，一块作为备用。张拉力与压力表之间的关系曲线通过校验得出。张拉机具设备与锚具配套使用，并在进场时进行检查和校验。使用期间的校验期限应视机具设备的情况确定，当千斤顶使用超过6个月或200次或在使用过程中出现不正常现象或检修以后应重新校验。弹簧测力计的校验期限不宜超过2个月。1.3、预应力筋的加工与安放质量控制
（1）预应力筋下料时钢筋、钢绞线的切断，采用切断机或砂轮锯，不得采用电弧切割。下料根据施工部位的先后顺序进行。所下料要及时编号，编号用胶带贴于材料两端，当每束下料满足数量时，用细铁丝分段绑扎，以备吊装。当钢绞线下料过长时，为起吊方便，把下完的按1m直径盘起，盘起的钢绞线应盖好，以免腐蚀。
（2）预应力筋要有出厂质量标准书，按规范要求认真进行检验与试验，抗拉强度、伸长率和松驰度均应满足规范要求。
（3）预应力筋治锈防锈，对于轻微浮锈，除锈后可直接使用；对于轻度锈蚀者，应作检验，合格者除锈后使用。钢绞线被固结在孔道内，不能自由窜动。
（4）预应力筋穿束后，应认真检查波纹管有无破损处，若发现应即使处理，更换。在浇注混凝土时，设专人随时穿动钢束，避免漏浆固结。
（5）对于钢丝束、钢绞线相互扭结或各丝、各股预应力筋受力不均匀，摩阻力值增大，易发生段丝、滑丝。编束时，严格按工艺规程要求进行分丝、梳丝、理顺排列顺序，并分段绑扎牢固。（6）按规范要求对夹片、锚具进行硬度检查，合格品才能使用。安装夹片时，夹片外露要整齐、缝隙均匀。张拉前要认真检查一次，各道工序均应符合要求。
2、预应力筋张拉施工
腹板钢束均采用两端张拉，张拉顺序为N1、N3、N2、N4号钢束，张拉时，先调整到初应力，再正式张拉和测量预应力钢材的伸长值，钢材张拉采用应力、应变双控制，以应力为主，用测伸长量进行校核。伸长量计算见后附表。在张拉过程中，实际所量测的伸长值未包括张拉到初应力的伸长值，因此，实际伸长值还应计入初应力的伸长值，以使其与理论伸长值相对应。张拉前先对孔道冲洗，将孔壁内的杂物冲洗掉，并检查有无串孔现象，然后再用吹风机吹干孔道内水分，并用检孔器检查孔道是否通畅后再进行张拉。
装配式预应力箱梁分两次施加预应力，负弯矩预应力在箱梁吊装就位，现浇连续接头混凝土后在桥面上施加，预制时仅对正弯矩预应力进行张拉。当箱梁混凝土达到规定强度后（达到预制箱梁50#混凝土90%）进行张拉，张拉要求在两端同时进行，且应在横桥向对称均匀张拉，张拉时注意两端操作要一致，并且注意对钢绞线的双控。（伸长量与施加应力值按照《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中公式▲L=PP*X/AP/EP以及PP=P*（1-e(-(KX+Uθ))）/（kx+uθ）；其中U=0.20，K=0.0025，钢筋回缩锚具变形取6mm；θ为设计角度，AP=140mm，EP=1.95*105Mpa，钢绞线张拉锚下控制应力为σk=0.75Rby=0.75*1860≥1395Mpa。①、张拉前的准备工作
（1）、箱梁验收，混凝土强度达到90%后张拉。穿束张拉前，对构件的质量，几何尺寸等进行检查，预留孔道应用通孔器或压气、压水等方法进行检查。构件端部预埋铁板与锚具和垫板接触处的焊渣，毛刺、混凝土残渣等要清理干净。
（2）、标定千斤顶油表读数，施工过程中定期检校，依据标定的曲线计算各张拉力对应的油表读数。
（3）、穿入钢绞线：对加工好的钢绞线进行编号，钢绞线穿束时，将一端打齐套上穿束器，将穿束器的引线穿过孔道，然后向前拉动，直至两端均露出65cm的工作长度，穿束后检查两端编号，防止钢绞线在孔道内交叉扭结。
②、预应力的张拉程序
预应力钢绞线张拉顺序严格按照图纸要求进行张拉，千斤顶张拉作用线与预应力钢绞线的轴线重合一致。
钢绞线的张拉程序如下：0→10%σk（初张拉）→ 20%σk→100 σk(持荷2分钟)→锚固。钢绞线的实际伸长量与理论伸长值的差值应控制在±6%以内，否则应暂停张拉，分析原因提出解决方案，待监理工程师审批后方可继续张拉。
③、张拉的操作步骤
四人配备一套张拉顶，一人负责油泵，两人负责千斤顶，一人观测并记录读数，张拉按设计要求的顺序进行，并保证对称张拉。
A、安装锚具，将锚具套在钢丝束上，使分布均匀。
B、将清洗过的夹片，按顺序依次嵌入锚孔钢丝周围，夹片嵌入后，人工用手锤轻轻敲击，使其夹紧预应力钢丝，夹片外露长度要整齐一致。
C、安装千斤顶，将千斤顶套入钢丝束，进行初张拉，开动高压油泵，使千斤顶大缸进油，初张拉后调整干斤顶位置，使其对准孔道轴线，并记下千斤顶伸长读数。
D、初始张拉，继续张拉，到达20%初应力时，记下千斤顶伸长读数，两者读数差即为钢绞线初张拉时的理论伸长量。
E、继续张拉到钢丝束的控制应力时，持荷2min然后记下此时千斤顶读数。计算出钢丝束的实测伸长量并与理论值比较，如果超过士6%应停止张拉分析原因。
F、使张拉油缸缓慢回油，夹片将自动锚固钢铰线，如果发生断丝滑丝，则应割断整束钢丝线，穿束重拉。
G、张拉油缸慢慢回油，关闭油泵，拆除千斤顶。④、张拉时的注意事项
A、严格按照操作程序进行张拉，严禁违章操作。B、张拉时千斤顶前后应严禁站人，防止发生安全事故。C、千斤顶后方安放张拉防护墙，防止钢铰线及夹片飞出伤人。D、千斤顶安装完毕，安全员检查合格后方可张拉。⑤、箱梁预拱度的观测
张拉完成后，在梁的顶面中心线距梁端0.5m处设两点，以两点平均值用水准仪观测跨中1d、3d、7d、14d、30d、60d的上拱值，并做好记录，给出其变化曲线并注意与理论值相比较，若正负差异超过20%则应暂停施工。待查明原因，采取措施并征得监理工程师同意后方可继续施工。
3、压浆及封锚 预应力张拉完毕后应及时将孔道中冲洗干净，吹除积水，尽早压浆。压浆使用压浆泵从梁的最底点开始，在梁端压浆孔各压一次，直到规定稠度的水泥浆充满整个孔道为止；孔道压浆建议采用真空吸浆法施工。水泥浆水灰比控制在0.4-0.45之间。膨胀剂的用量根据试验试配而定，水泥浆稠度控制在14-18S之间，在现场备有1725ml漏斗随时作漏斗试验，一般每4袋水泥（50kg/袋）做一次。水泥浆在使用过程中应频繁搅动，宜在30-40min内用完。具体步骤如下：
①、压浆采用活塞式灰浆泵压浆，压浆前先将压浆泵试开一次，运转正常并能达到所需压力时，才能正式压浆，压浆时灰浆泵泵压保持在0.5-0.7MPa。压浆前用压力水冲洗湿润孔道，并用空压机吹除孔内积水。从下至上进行压浆（比较集中和邻近的孔道，先连续压浆完成，以免串到邻近孔后水泥浆凝固，堵塞孔道）。
②、当梁另一端排出空气-水-稀浆至浓浆时用木塞塞住流浆，并提升压力至0.7MPa，持压2分钟，从压浆孔拔出喷嘴，并立即用木塞塞住。压浆中途发生故障，不能连续一次压满时，要立即用高压水冲洗干净，故障处理完成后再压浆。
③、构件中的锚具对其应进行封锚；在压浆后应先将其周围冲洗干净、凿毛，然后设置钢筋网并浇筑封锚混凝土。
3、预应力张拉施工质量控制
3.1、第一，绑扎钢筋时应将预应力孔道固定牢固，孔道符合设计要求。第二，锚具位置安装严格按设计要求，位置要精确。第三，浇筑锚垫板后细石混凝土时应振捣充分，保证粗细骨料均匀。避免张拉时将混凝土拉裂。第四，张拉时要严格按照张拉程序进行，严格控制张拉伸长量。第五、孔道灌浆应密实、饱满。
锚具是结构或构件的重要组成部分。它是保证预应力值和结构安全的关键。因此应尺寸准确，有足够的强度和刚度，受力后变形小，锚固可靠滑移不超过规定值，并能保证灌浆畅通。锚具的固定位置应准确，如果偏差太大张拉时容易将混凝土拉裂，混凝土浇筑时尤其要注意锚具后骨料的均匀性。3.2、预留孔道应注意的问题 ①、预留孔道的位置
钢筋绑扎及模板支立应符合设计要求，在施工时尤其要注意预应力钢筋预留孔道的位置必须符合设计要求。
②、施工时预留孔道的位置一般放置橡胶管，浇筑后再抽掉，抽管时间应根据水泥品种、水灰比、气温和养护方法等条件通过试验确定，一般抽管是以能顺利抽出和孔道不坍塌为宜，故抽管时间在混凝土初凝之后终凝之前进行。抽管顺序为先上后下，先曲后直。使用胶管预留孔道时应注意：1）胶管必须具有良好的密封装置，不允许在混凝土硬化过程中漏气或漏水，否则将影响成孔质量，因此在施工前对所用胶管必须作压力试验，检查有否漏气或漏水现象，密封装置是否完好。2）胶管的接头处理：用胶管预留孔道，长度较长，当需要接长胶管时，接头处必须密封。以防在振捣混凝土时胶管受振位移。3.3、后张法张拉工艺控制要点（1）预应力后张法前的准备工作：对预应力筋施加预应力之前，应对构件进行检验，外观尺寸应符合质量标准要求。张拉时，构件混凝土强度应符合设计要求；设计无要求时，不应低于设计强度等级值的75%。对预留孔道应用通孔器或压气、压水等方法进行检查。端部预埋铁板与锚具和垫板接触的焊渣、毛刺、混凝土残渣等应清除干净。钢筋穿束前，螺丝端杆的丝扣部分应用水泥袋纸等包缠2-3层，并用细铁丝扎牢；钢丝束、钢绞线束、钢筋束等穿束前，将一端找齐平，顺序编号。对于较长束，应套上穿束器，由引线及牵引设备从另一端拉出。对于夹片式锚具，上好的夹片应齐平，在张拉前并用钢管捣实。预应力筋的张拉顺序应符合设计要求，当设计末规定时，可采取分批、分段对称张拉。
（2）当预应力筋施加应力完成，卸载千斤顶后，应注意一下问题：
①、检查有无滑丝，若有滑丝，其数量不应超过总数量的1％，否则应对其进行更换后，重新张拉。
②、检查有无断丝，若有断丝，其数量不应超过总数量的1%，否则应其进行更换后，重新张拉。3.4、管道压浆及封锚质量控制
压力分散型锚索张拉工艺研究 篇3
【关键词】张拉；压力分散型；锚索
1、前言
预应力锚索是当前锚索实际工程运用中的主要形式[1]-[2]。随着研究的进展，单孔复合锚固系統概念被提出，即将一个钻孔划分为几个单元，使得各个单元独立工作，从而分散了复合体的压力。大量的研究和工程实践表明[3]：压力分散型锚索拉力效果明显，可以达到普通拉力型锚索的2倍。虽然压力分散型锚索比传统拉力型锚索性能优越，但是由于传统的张拉工艺的缺陷，不能保证其有效预应力的施加，因而影响了压力分散型锚索的整体性能。随着预应力智能张力工艺的出现和推广[4]，预应力张拉质量得到了一定的保证。因而在压力分散型锚索中实现智能张拉具有显著的意义。
本文以智能张拉技术为背景，对智能张拉在锚索中的工艺进行了研究，对比分析了智能张拉的过程值和理论计算值的差异。进而为后续张拉工程提供技术背景和指导意义。
2、锚索施工工艺
2.1施工工序
具体的张拉过程如下：
锚索单元划分→理论和试验确定张拉工艺→施工准备→锚孔和锚筋制作→锚孔注浆→框架梁施工→锚索张拉锁定→锚孔封锚。
锚索有效预应力的施加是维持整个结构性能稳定的关键环节。在施工过程中，采用智能张拉设备进行智能张拉，来保证有效预应力的施加到位。
2.2张拉流程
以锚固段由3个单元共6束压力分散型锚索为例，预应力锚索基本张拉流程如下：
①准备好张拉设备、千斤顶，连接张拉设备电源，安装好千斤顶，连接好高压油管和数据线；
②整体加荷15%进行预张拉，持荷5min，卸荷回油；
③进行差异荷载补偿张拉：先单独张拉D1单元到△P1，再将D1、D2单元同时张拉至△P2；
④整体分级张拉：在补足差异荷载后，三个单元整体分5级（25%、50%、75%、100%和110%）张拉，在最后一级持荷10～20min后卸荷；
⑤卸荷、回顶：分级张拉并持荷完毕后进行卸荷、回顶。锚索锁定48小时内，若发现明显的预应力损失现象，必须及时进行补偿张拉。
张拉过程中为了准备控制张拉效果，采用张拉力值和锚索体伸长量2个量来控制，即所谓的“双控法”。以控制油表读数为准，伸长率为校核，保证实际伸长量与理论伸长偏差值在6%内，否则应查明原因并采取措施后方可进行张拉。
3、实例分析
3.1工程概述
海峡西岸经济区高速公路网的漳永高速（龙岩段）A9标段起讫里程为K119+400～K129+400，合同段部分路堑边坡设计采用框架梁进行防护，如图1所示。框架梁采用压力分散型预应力锚索进行锚固，每孔锚索由三单元共六（或四、八）束钢绞线组成，钢绞线采用直径15.24mm、强度1860MPa的高强度低松弛无粘结钢绞线。每个单元锚索分别由两根无粘结钢绞线内锚于钢质承载体组成。钢绞线通过特制的挤压簧（类似于夹片功能）和挤压套（类似于锚环功能）对称地锚固于钢质承载体上，其单根的连接强度大于200kN。坡面锚孔孔径φ150mm，锚具采用OVM15-4型，锚索总长度根据边坡级数位置不同而有几种设计长度，其对应设置位置详见具体的边坡锚索框架防护设计图，设计吨位分别为350kN（4束）、700kN（6束）、900kN（8束），锚索倾角15°，锚固段长度有8m、10m和12m不等，孔底沉碴段长0.2m。
3.2实例差异载荷计算
本合同段里程桩号ZK120+260.014的压力分散型预应力锚索框架类型，按锚索总长度不同共分为三种，即锚索总长16、18和20m；按锚索设计荷载不同分为两种，即350kN和700kN。锚索的锁定荷载均为设计荷载的110%。现根据计算公式，对三单元共六束压力分散型锚索分别列表计算四种锚索各单元的差异荷载及伸长量如表1所示。张拉过程中，张拉值严格按照计算设定。
表中其他计算参数：锚索锁定荷载为设计荷载的1.1倍；每单元钢绞线束n为2；单根钢绞线截面面积A=140mm2；钢绞线弹性模量E=195000 （Pa）。
3.3张拉设备、数据
湖南联智桥隧技术有限公司开发专用于边坡的智能张拉设备，分别可进行普通拉力型和压力分散型锚索的张拉，并在漳永高速（龙岩段）A9标桩号ZK120+260.014进行十多天的实地试验，张拉过程中采用的智能张拉设备如图2所示。
利用该智能张拉的特点采用合理的张拉工艺，进行边坡的压力分散锚索进行张拉，具体的图各分级阶段张拉趋势图如图3所示。
从图3可以看出，智能张拉设备设定的张拉阶段张拉力值和伸长量值与计算值吻合较好，实际伸长量与理论伸长偏差值在6%内，真正的实现了双控，保证了有效预应力的施加，提高了整个锚索预应力整体性能。通过合理的张拉工艺将智能技术运用到压力分散型锚索施工中，施工效果明显，保证了工程质量，对后续压力分散锚索的施工提供了一定的指导意义。
4、结束语
本文的主要结论如下：
（1）压力分散型锚索施工工艺技术以控制理论计算为基础，严格按照规定的程序和速度进行张拉，保证了锚索施工质量；
（2）预应力智能张拉技术展现了良好的张拉效果，配合合理的施工工艺，能够作为后期锚索张拉的典范。
参考文献
[1]尤春安，战玉宝.预应力锚索锚固段的应力分布规律及分析[J].岩石力学与工程学报，2005，24（6）：925-928.
[2]夏雄，周德培.预应力锚索地梁在边坡加固中的应用实例[J].岩土力学，2002，23（2）：242-245.
[3]姜新龙，李锦峰，王治德.压力分散型锚索试验分析[J].石家庄铁道学院学报，2003，16（B07）：91-93.
张拉膜结构自振特性分析 篇4
关键词：膜结构,自振振型,自振频率,抗风
膜建筑是20世纪70年代发展起来的一种新型建筑体系,是空间结构的重要组成部分。柔性的膜结构的结构组成材料本身没有受压性能,只能通过施加预应力,使膜或者加强索获得必要的张拉刚度,从而形成抵抗外部荷载的结构抗力。膜结构体型复杂,对风振作用敏感,在风动力作用下,结构的反应除了和动荷载本身有关,结构还容易出现机构性特征,所以研究膜结构的动力特征(例如自振频率或振型)尤为重要。膜结构的自振特性是风动力特性分析的基础和关键。
1 膜结构自振特性分析的有限元方法
在采用有限元方法分析结构的振动问题时,结构的自振分无阻尼自振和阻尼自振两种情况。当不考虑外部荷载及阻尼运动时,结构的振动平衡微分方程:
[M]{US″}+[K]{US}=0 (1)
其中,[M]为结构质量矩阵;{US}为节点振幅向量;[K]为结构几何刚度矩阵。
自由振动时,各质点均做简谐运动,各质点位移及加速度可以表示成:
U=U0cosωt (2)
U=-ω2U0cosωt (3)
其中,U0为振型向量;ω为与U0相对应的频率;t为时间。
将式(2),式(3)代入式(1)中,得:
(K-ω2M)U0=0 (4)
结构自由振动时,各节点振幅U0不可能全部为零,因此式(4)的系数行列式必须等于零:
针对结构自振特性的研究,从数值分析的角度归结为式(5)的广义特征值问题,频率的平方项是特征值,振型是特征向量。本文采用Lanczos向量迭代法求解式(5)的广义特征值,计算出结构的振型向量后,为了确定各阶振型在总反应中的大小,以确定后续计算所需要的模态阶数,就需要计算结构的振型参与系数。
结构为多自由度体系,假设结构自由度数为n,由式(5)n次代数方程式必有n个根,求解得全部自振频率,每一自振频率对应相应振型。全部振型构成的振型矩阵为[V]n×n:
[Fx]=[V]T[M]{Ex}。
[Fy]=[V]T[M]{Ey}。
[Fz]=[V]T[M]{Ez}。
其中,{Ex},{Ey},{Ez}分别为x,y,z方向的选择向量;[M]为质量矩阵,振型矩阵关于质量矩阵已经已经正交化。
向量{F}的内积等于该方向向量的总和。因此,可以定义i阶模态质量为:
[Mxi]={F
模态质量是反映该模态参与动力反应大小程度的一个重要参数,因此,定义模态质量与总质量的比率为振型贡献率:
rxi=Mxi/{Ex}T{M}{Ex}。
ryi=Myi/{Ey}T{M}{Ey}。
rzi=Mzi/{Ez}T{M}{Ez}。
ri=(Mxi+Myi+Mzi)/({Ex}T[M]{Ex}+{Ex}T[M]{Ey}+{Ez}T[M]{Ez})。
其中,ri为第i阶模态的振型贡献率;rxi,ryi,rzi分别为第i阶模态在x,y,z方向的振型贡献率,Mxi,Myi,Mzi分别为模态质量x,y,z方向的分量;Ex,Ey,Ez分别为振型列向量x,y,z方向的分量。
∑rxi,∑ryi,∑rzi,∑ri,的大小反映了所取模态的数量是否足够,通常在动力设计中,要求选取模态的数量使∑r≥0.8,若初次选取的模态数量不够,则加大选取阶数,直到∑r满足要求为止。
2 ANSYS分析自振特性
2.1 ANSYS分析主要步骤
由于索膜结构的密频特性,仅求解其低阶振型是不够的,有必要求解高阶振型。Block Lanczos方法对求高阶稀疏对称矩形的广义特征值是非常有效的。本文借助于ANSYS软件用Block Lanczos法进行膜结构的自振特性分析,主要步骤如下:1)由ANSYS软件进行膜结构的初始形态分析,先建立几何模型,设定边界条件、各个支座控制点的提升位移,进行第一次找形,再设定各个边界控制点支座位移为零,输入材料真实弹性模量,重新设定结构和膜的真实预应力状态,重复若干次以后,通过结构自平衡迭代使结果达到所需精度,即为膜的初始形态。2)以找形分析所得到的最终平衡状态作为索膜结构模态分析的初始状态。3)通过一次完全约束的静力求解形成模态分析中所需要的索膜结构初始预应力刚度矩阵。4)进入ANSYS中的模态分析,选择Block Lanczos法并考虑结构的初始预应力进行求解,得到所需的相应振型。
2.2自振分析基本假定
1)所有节点均为铰接,膜单元为三角形膜单元Shell41,加强索单元为Link10,结构为空间铰接体系;2)结构边界为点或线支撑铰接边界,考虑边缘构件的参与时,按实际结构模型边界考虑,索是理想柔性的,既不能受压,也不能受拉;3)结构始终处于弹性状态,索膜的张拉为小应变,符合HOOKE定律,而实际膜结构的应力安全度均很大;4)自振参与质量仅考虑膜结构和附属构件的自重,具体可以采用等效质量密度法或质量单元法。
2.3典型算例自振振型
结构外形为正方形,对角线距离为10 m,高度为4 m,结构的材料参数为:膜面的初始预张应力σ=20 N/cm,张拉刚度Et=2 550 N/cm,剪切刚度Gt=800 N/cm,泊松比γ=0.3,结构4角点固定,4条边为柔性索边界,边索的预张拉力为30 k N,EA=3×104k N。前四阶振型图见图1～图4。
2.4影响自振振型的因素
结构的自振振型基本上表现为结构整体的对称或反对称振动,竖向振动多呈反对称,水平振动多呈对称。在实际工程中,由于风荷载几乎不可能对称分布,因此多考虑竖向振动。因为膜结构是高柔性体系,结构的自振频率较低且分布比较密集,基本周期在0.1 s～0.2 s左右。索膜结构的自振频率主要与结构的刚度矩阵和质量矩阵有关。自振频率与刚度矩阵成正比关系,与质量矩阵成反比关系。但是膜结构的自重变化不大,对自振频率的影响较小。
相对来说,结构刚度对自振频率及振型影响要大一些。
1)膜的预应力对自振频率的影响较大,随着膜中预应力的增加,自振频率大幅度提高,因为膜内的初始预应力引起的几何刚度[K]对结构的整体切线刚度矩阵的影响较大,随着预应力的增加,其几何刚度矩阵也在不断增大,从而增大了结构的整体刚度矩阵,导致自振频率的提高。2)随着边索预应力的提高,膜结构的自振频率减少趋势越来越不明显。高阶频率对边索预应力变化更加敏感。3)保持跨度不变,膜结构自振频率随矢跨比的增大而增大,随着阶数的提高,频率的增长速度减慢,表明低阶频率受矢跨比的影响比较显著。在保持矢高和矢跨比不变两种情况下,自振频率随跨度的变化趋势基本相同,都随跨度的增加表现出明显的非线性减少趋势,且频率分布越来越密集,随着阶数的提高,频率非线性减少趋势越来越明显。4)膜的张拉刚度(Et)对自振频率影响比较明显,随着膜的张拉刚度提高,第一自振频率略有提高,但不明显。5)边索的张拉刚度(EA)对算例一的自振频率影响非常小,随着张拉刚度(EA)的增大,其第一自振频率略有减小,但减小的幅度不大。
3结语
由于Block Lanczos对高阶稀疏对称矩阵的部分特征值非常有效。随着计算机的发展,采用ANSYS程序结合Block Lanczos方法对膜结构进行自振振型分析成为主流。讨论膜预应力,边索预应力,矢跨比,膜的张拉刚度,边索张拉刚度对膜结构自振频率的影响,增大结构的跨度不利于结构抗风,增大膜预应力有利于结构抗风,增加索膜刚度对结构抗风作用不大。
参考文献
[1]祝效华.ANSYS高级工程有限元分析范例精选[M].北京:电子工业出版社,2001.
[2]温世峰,徐红炉,支希哲.索膜结构自振特性的仿真分析[J].计算机仿真,2009(4):328-331.
[3]王建华.索膜结构找形方法及自振特性研究[D].南京:河海大学硕士学位论文,2005.
[4]余志祥,赵雷.张拉膜结构自振特性研究[J].西南交通大学学报,2004(6):20-22.
张拉结构论文 篇5
桥梁后张法预应力施工的操作方式包括人工控制张拉和智能系统控制张拉两种；伸长量测量包括测量千斤顶外设的标尺与梁端之间的距离和测量千斤顶活塞伸长值两种方法。目前，人工控制张拉的预应力筋伸长量既有采用测量标尺距离的方式，又有测量千斤顶活塞伸长值的方式，而智能系统控制张拉的预应力筋伸长量均采用测量千斤顶活塞伸长值的方式。以下根据后张预应力施工操作方法对预应力筋伸长量及回缩量量测方法予以说明。
一、预应力筋伸长量
（一）人工控制张拉的预应力筋伸长量测量及计算。
1、人工控制张拉的预应力筋伸长量测量可采用标尺测量法、千斤顶安装就位并经严格调轴对中后，选一根纲绞线，在工具夹片外约1cm的位置安装带测量标尺的专用夹具。夹具如图一所示，可采用略大于钢绞线的短钢管制作，钢管上设旋紧装置和长条形钢板标尺，标尺与钢管垂直焊接牢靠。
2、当张拉至初应力б0时，用钢板尺测量标尺距梁板端面的距离L0（测线应紧挨千斤顶并与千斤顶轴线平行）。梁板端面的测量位置应作记号，后续伸长量测量均应对应此点。
3、继续张拉至相邻级应力б1（б0=2б0），测量标尺距梁端测量点的距离为L1。
4、当张拉至控制应力бK，须按规定持荷5min，在持荷即将终止时，测量标尺距梁端测量点距离为LK。
5、预应力筋一端的张拉伸长量L2由б0～бK行程的伸长量和0～бK行程的伸长量（相邻级б0～б1推算）两部分组成。
LZ=（LK-L0）+（L1-L0）-LQ
L0——张拉至初应力б0的预应力筋伸长量
L1——张拉至相邻级应力б1（б0=2б0）的预应力筋伸长量
LK——张拉至控制应力бK的预应力筋伸长量
LQ——张拉工作段长度内预应力筋的理论伸长量
6、若预应力筋伸长量采用测量千斤顶活塞伸长值的方式时，应按智能系统控制张拉的预应力筋伸长量量测方式进行操作。
（二）智能系统控制张拉的预应力筋伸长量测量及计算
1、千斤顶安装就位后，选一根钢绞线，在工具夹片外约1cm的位置安装带测量标尺的专用夹具。
2、当张拉至初应力б0时，系统自动测量并记录预应力筋伸长量L0。在持荷期间，用钢板尺测量标尺距工具锚垫板端面的距离L0（见示意图）。锚垫板端面的测量位置应作记号，后续的内缩量测量远离应对应此点。
3、继续张拉至相邻级应力б1（б1=2б0），系统自动测量并记录预应力筋伸长量L1。在持荷期间，用钢板尺测量标尺距工具锚垫板端面的距离L1。
4、当张拉至控制应力бK并持荷5min后，系统自动测量并记录预应力筋伸长量LK。在持荷即将终止时，用钢板尺测量标尺距工具锚垫板端面的距离LK。
5、预应力筋伸长量计算应考虑张拉过程中工具锚的钢绞线内缩值。
（1）从初应力б0张拉至相邻级应力б1时工具锚的钢绞线内缩值NS1为：
NS1=（L0-L1）
（2）从初应力б0张拉至控制应力бK时工具锚的钢绞线内缩值NS2为：
NS2=（L0-LK）
（3）张拉过程中的工具锚的钢绞线名义内缩值NS为：NS=（NS1+ NS2）
式中：L0——张拉至初应力б0时的钢绞线内缩测量初始值
L1——张拉至相令级应力б1（б1=2б0）时的钢绞线内缩测量值
LK——张拉至控制应力бK时的钢绞线内缩测量值
6预应力筋一端的张拉伸长量LZ由б0～бK行程的伸长量（需扣除内缩值）和0-б0行程的伸长量（相邻级б0～б1推算。并扣除内缩值）两部分组成。
LZ=[（LK-L0）-（L0-LK）]+[（L1-L0）-（L0-L1）]-LQ
=（LK-L0）+（L1-L0）+（NS2+ NS1）-LQ
=（LK+L1-2L0）-NS-LQ
7、当使用同一类工具锚时，可将前3片预制梁板的各孔预应力筋或现浇梁的前5孔预应力筋名义内缩值的平均值NS作为后续预应力张拉施工计算的固定数值，在计算程序中予以设定，可不再逐束进行现场实测，但应定期复核。预应力筋一端的張拉伸长量LZ为：
LZ=（LK+L1-2L0）-NS-LQ
（三）伸长量偏差计算。
1、复核理伦伸长量LL，核对张拉工作段长度内钢绞线的伸长量LQ，若在千斤顶与限位板间加垫锚垫板，则工作段长度应计入加垫的锚垫板厚度。
2、伸长量偏差=（LZ-LL）/ LL。伸长量偏差应在±6%之内，否则应暂停施工，查找原因。
二、预应力筋回缩量（含锚具变形）测量及计算
（一）人工控制张拉的预应力筋回缩量测量。
当张拉至бK、5min持荷及伸长量测量完成后，回油至初应力、测量标尺距梁端测量点的距离LN。
（二）智能系统张拉的预应力筋回缩量测量。
施工前设定智能系统的张拉程序，在千斤顶张拉至бK、5min持荷及伸长量自动测量完成后，增加一个步骤，即回油至初应力时持荷，由系统自动测量锚固后的剩余伸长量LN，然后按原步骤完成张拉工作。
（三）预应力筋回缩量计算。
预应力筋回缩量SH为：
SH=（LK-LN）-（1-б0/бK）LQ
式中：（1-б0/бK）LQ——指б0～бK行程的千斤顶工作段长度的钢绞线伸长量
预应力筋回缩量SH应不大于6mm，否则应暂停施工，查找原因。
三、其它事顶
1、预应力筋伸长量测量试、理论伸长量、千斤顶工作段长度的伸长量计算值（一端）、伸长量偏差计算公式、预应力筋回缩量计算公式等信息应填写在张拉记录表中，以利于复核计算。采用智能张拉系统施工（或人工测量活塞伸长值）时，张拉记录中还应注明张拉时工具锚锚固过程中钢绞线的内缩值NS。
2、对于多行程张拉，倒顶时的中间行程的数据需完整检测、记录并计算。
3、张拉施工初期，应比较各孔预应力筋在初应力至相邻级应力区间的伸长量数值，当变异性较大时，可适当提高初应力值。
4、张拉施工方案应包括各阶段工作内容，计算书中的张拉计算步骤应清晰、完整。
5、采用智能系统张拉前应检查活塞上的位移传感器是否牢固，张拉过程应定期校核位移传感器与实测值之间的偏差。偏差量不合格时，应修理或更换位移传感器。
6、关于张拉设备中锚具及限位板之间的配套问题应引起相关施工人员的重视。按照规定限位板和锚具必须配套使用，因为夹片在张拉前后外露量与限位板的限位槽深度有严格要求，如果该槽深度大于夹片外露量过多，将使得夹片过早合扰，造成张拉应力损失过大，以致张拉伸长量与理论伸长量偏差过大。反之，如果该槽深度大于夹片外露量，则会使得夹片无预紧力，不利于夹片与钢铰线同步缩，可能增大钢绞线回缩量。
（四）、针对本项目智能张拉设备在应用中存在的一些问题探讨
本项目采用的是广西柳州黔桥工程材料有限公司生产的YCW2508B型号张拉设备，经过分析其计算过程与计算结果后得出结论，该仪器计算的最终钢绞线伸长量，已经扣除了本文中提到的所有内缩量（梁体内钢绞线及千斤顶内钢绞线内缩量）。但是经过本文前面分析及“公路桥涵施工规范”规定，梁体内钢绞线内缩量是不能减去。
经与厂家沟通得知他们技术人员在设计软件时并未按照公路行业标准进行设计，而且在计算理论伸长量时也只是采用简化公式计算，所以计算结果与使用“桥规”计算结果存在差别。
鉴于以上情况，本项目在实施过程中只是利用了该设备测量的各项实测数据，最终伸长量是通过自编计算机程序进行重新计算。经过150片梁板试验后，证明采用该方法得到的结果与理论计算值比较，偏差在±6%以内。符合规范要求。
参考文献：
（1）《公路桥涵施工技术规范—JTG/TF50-2011》；
预应力钢结构虚拟张拉技术研究 篇6
预应力钢结构尤其是大跨度钢结构, 如张拉整体式、全张力柔性、悬拉锁结构等的施工, 与结构的成型过程有着直接的联系。如果选用的张拉力、张拉顺序、张拉设备不当, 都将使拉锁结构难以达到设计要求和使用要求。因此, 为了选择适当的方案进行设计和施工, 最近几年推出了虚拟现实技术———虚拟张拉技术[1]。
虚拟张拉技术是借助于计算机结合现实中的因素进行模拟仿真分析, 便于在施工前了解施工中可能遇到的问题, 避免施工过程中的安全隐患, 使建设单位和施工单位提前了解施工过程中可能遇到的问题[2]。在施工前采取一定的措施进行事前控制, 确保施工的顺利和安全实施, 不仅可以降低工程造价, 而且可以确保工程安全进行、缩短工期。
1 虚拟技术的必要性和作用
目前所建设的大跨度空间钢结构建筑, 尤其是钢结构拉索结构施工时, 可以采用刚柔相济后完全柔性的施工方案与虚拟张拉技术同时应用, 共同发展[3]。通常可以在以下几个方面进行应用:
( 1) 大跨度钢结构建筑因为其工程的受力情况的复杂性, 并且在施工过程中很多工作具有不可逆转性, 在施工过程中的受力情况也在不断发生变化, 因此为保证工程的施工可靠度, 应首先进行模拟分析, 当一切就绪时方可进行施工, 以避免施工过程中可能出现的重大事故和失误。
( 2) 在模拟分析后对施工方案进行优化再进行模拟, 以确保施工过程中的张拉顺序和张拉力, 因此进行模拟分析后选择最优方案进行施工。
( 3) 可以对张拉施工人员和张拉设备进行优化配置, 增大张拉的可操作性并且可以节省工程总造价, 必要时对张拉施工人员进行培训和考核[4]。
( 4) 采用模拟分析较试验室进行模拟试验和缩小模型节省时间、安全、造价低, 并且进行模拟分析时可以进行多次模拟操作, 精度也较试验室和缩小模型高。
2 模拟基本原理和技术应用
2. 1 模拟技术组成
模拟技术是根据预应力钢结构施工过程的实际操作进行分析, 其中包含了许多学科的共同建设。模拟技术的核心部分包括以下3 个方面:
2. 1. 1 可视化与交互技术
可视化是通过计算机显示技术与图形学融合, 将模拟施工过程通过映射方式进行交换的行为和过程; 而交互过程是现实生活中的人通过大脑判断与模拟分析的软件进行信息交流[5]。
2. 1. 2 建模技术
首先, 应先将施工过程在计算机软件中使用图形学建立一个与真实情况一样的模型。这个模型可以反映工程的形态和用途、类型等, 是真实工程的映射。根据实际施工工程的情况, 通过建筑用CAD等软件建立相同的模型, 形成一个可视化操作的模型。
2. 1. 3 仿真技术
对真实的工程进行模拟分析, 通过验算和对比, 最后优化得到最佳的方案进行张拉施工。因此, 模拟分析也可以称为是一种试验方法和手段, 但是与真实的试验相比, 模拟并没有将工程和构件缩小后进行计算, 而是根据真实数据进行处理, 因此采用模拟分析更具真实性和实用性。其中模拟仿真技术分析主要包括: 方案的优化分析、力学分析、结构转换、监控和预警、管理、维护等仿真。张拉仿真技术的基本原理如图1 所示。
2. 2 建模与仿真
2. 2. 1 单元模拟与分析
在预应力结构中, 索单元是最基本的单元。模拟分析通常分析预应力结构的初始状态、加载状态和卸载状态, 分析方法主要有连续化假定 ( 有限元分析) 和离散化假定 ( 非有限元分析) 。连续化假定是当前模拟分析使用最广泛的软件, 因为连续化简单易操作, 并且也易懂, 但其缺点是不接近于实际, 因为实际工程并不是连续性的, 而是具有较高的离散性, 因此, 离散化假定更适合预应力结构的模拟分析。使用离散化模拟分析时, 应该考虑以下假定: 大位移、小应变、只受拉力和自重、初始垂直度。应采用以下方法进行模拟: 离散二节点直线单元法、曲线索单元和基于Ernst公式的弹性模量法。
2. 2. 2 仿真分析
通常采用的模拟方法主要有以下4 种:
( 1) 等效荷载法。将预应力结构上受到的预拉力作为外部荷载, 不考虑结构的刚度。在我国的很多知名预应力钢结构中使用了这种等效荷载法进行模拟分析, 如成都新国际会展中心等。由于这种方法忽略了结构的刚度影响, 因此不能了解结构的较大位移和应力刚化效应, 也不能确定拉索之间的索力影响, 其模拟效果并不好, 因此在很多实际工程中很少使用等效荷载法。
( 2) 初始应变法。初始应变法较等效荷载法更先进一些, 它考虑了结构的刚度和拉索之间的索力影响, 相对于等效荷载法更准确、更先进一些。
( 3) 模拟环境降温法。在拉索受力时, 受力部位会产生变形和热量, 这些热量的积聚使预应力钢结构更容易发生变形, 间接地使结构发生初始应变。
( 4) 千斤顶张拉模拟法。在仿真模型建造中, 先在锚固与索端节点间设置“千斤顶”单元项, 然后再对该单元施加荷载温度使其伸长膨胀, 以逼真实际模拟的张拉。其思路与模拟环境降温法类似, 但是千斤顶法更多地是使温度荷载加在千斤顶上, 在预应力足够时, 再对拉索的伸长值进行精确计算。需要注意的是, 建模仿真时必须特殊处理。
2. 2. 3 张拉全过程模拟
由于预应力钢结构中拉索数量较多, 并且拉索的类型也千差万别, 因此施工过程中不可能对其进行整体性张拉。应该根据工作人员的经验、预应力结构的特点、设备数量、施工条件等确定张拉方案。由于预应力钢结构的刚度相对较小, 可采取分阶段、分批次进行张拉后考察群索之间的索力相互影响, 因此选择一个合理的张拉顺序和张拉力极为重要。
通常预应力拉索的全过程模拟分析主要有以下3 种方法:
( 1) 顺序法。顺序法又称为正算法。根据现场施工的正常顺序进行仿真分析, 循环之后得到真实的张拉力。
( 2) 逆序法。逆序法又称为倒序法, 即进行模拟分析时与实际情况恰好相反, 按照相反的顺序进行模拟仿真分析。具体做法为: 先做成最终模型, 然后按照相反的施工方案进行模拟, 最后得到的拉索模拟力即为拉索的真实张力。
( 3) 混合法。混合法即使用顺序法和逆序法共同进行模拟。首先采用逆序法假定结构的最终模型和无应力长度, 使用初始应变反映真实情况, 最后保留初始应变采用顺序法对预应力结构进行模拟仿真分析。
3 基于仿真虚拟技术的建筑施工
3. 1 虚拟技术的意义
利用虚拟技术模拟施工过程, 可在施工之前掌握各个部件的相互关系与对应位置, 对其采用多种不同的施工方案, 精确计算工况应力, 并且优化调整施工方案, 这对于建筑施工具有特殊意义。项目施工方案的选定与优化, 以施工经验、实际条件和施工工艺为出发点存在很多局限, 而且现代建筑施工还存在很多不确定的影响因素, 所以施工过程不能完全照搬复制。将仿真虚拟技术应用于施工中, 能科学、直观地展示施工措施与方法, 当方案对比定量完成后, 进行优化施工方案的选择。将新技术与革新引入仿真模拟技术, 能使施工人员在成本较低的情况下实践新思路与施工工艺, 同时对创造性的发挥与利用也有很大影响, 它能真实说明技术成效, 减少建筑施工过程的投入时间, 减小采用新工艺与新技术带来的风险。同时施工管理能提前模拟施工流程, 及时发现施工管理中的安全与质量隐患, 从而采取对应的措施预防与强化, 改善现场管理的效果。
3. 2 三维动画的使用
施工模拟是在建筑工程施工前对施工过程进行模拟展示与体验, 并且结合应用软件调整施工偏差与变更, 以优化整个施工过程。虚拟技术的第一步是预演, 也就是从结构设计到场地施工方案、施工工艺的实施, 同时涉及施工各个步骤的信息管理, 到工程竣工验收的整个过程, 全部展现给管理与施工人员。在虚拟施工的状态下, 它能准确地展示施工结果与步骤, 与传统施工相比, 能提前发现施工设计中的质量问题和安全隐患, 适当缩短施工时间, 协调施工技术。利用反演时间, 可以调整施工步骤与参数, 结合施工设计要求与业主需要, 进行多样施工和精细管理, 以此优化施工方案。
4 结语
在当代预应力钢结构进行张拉处理时, 首先采用模拟分析其在张拉处理时可能遇到的问题, 选择合理的施工方案进行施工, 这在后期施工过程中可以避免一些错误和危险, 因此在进行预应力钢结构施工时先采用模拟分析很有必要。模拟分析时可以采用顺序法、逆序法和混合法, 其中混合法即将顺序法和逆序法共同作用进行模拟, 其模拟效果与真实施工情况接近。在进行预应力张拉处理时先采用模拟分析, 可以得到较好的效果。
参考文献
[1]张晓伟, 张勇.预应力后张法张拉施工技术分析[J].科技与企业, 2013 (16) :192-193.
[2]张沛, 冯健.张拉整体结构的稳定性判定及刚度分析[J].土木工程学报, 2013 (10) :48-57.
[3]周一一, 陈联盟.浅谈张拉整体结构发展的历史与趋势[J].空间结构, 2013 (4) :11-17.
[4]葛家琪, 张爱林, 刘鑫刚, 等.索穹顶结构整体张拉成形模型试验研究[J].建筑结构学报, 2012 (4) :23-30.
预应力钢结构拉索张拉的施工监测 篇7
近几十年来, 空间结构得到了迅猛的发展, 取得了长足的进步。而作为大跨度、大空间结构形式设计的预应力钢结构以其新颖的结构形式、优雅的结构造型、良好的受力性能、强大的跨越能力和广阔的应用前景, 在世界范围内被广泛地运用。目前该结构形式主要有悬挂体系、斜拉体系、张弦梁屋架、平面索桁架、单层索网、空间索网格以及张拉整体结构等。预应力钢结构不同于一般的刚性结构, 刚性结构是从几何和材料中获取刚度的, 而预应力钢结构是从满足一定拓扑关系的几何构造和外形中通过预应力过程来获取刚度, 从而使结构具有承载能力。因此, 预应力过程是构成预应力钢结构的重要环节。
2 进行拉索张拉施工监测的原因
对于预应力钢结构来说, 不同的几何构造和外形就对应着不同的承载能力, 很小的变形会引起刚度的变化而导致承载力的变化。因此在施工过程中, 进行变形的监测是必需的。同时, 由于索抗弯刚度很低, 基本不能抗压和抗弯, 索的张力成为十分重要的力学参数。在单索的计算理论中, 如果索的几何参数 (包括索长、两边支座高差以及垂度) 和荷载是已知的, 那么就能得到索的张力。可见控制索的张力即控制了结构的成形。因此要进行拉索索力的监测。进行索力监测还有一个很重要的原因是, 拉索的张拉成形在很多情况下并不是一次就张拉完成的, 需要分批控制张拉。在这过程中, 监测和控制索力尤为重要。
3 拉索张拉施工监控的内容和方法
3.1 拉索张拉施工监控的内容
从上面的分析可以知道, 张拉阶段应力及变形的测试结果是判别有效预应力建立的主要依据。对预应力钢结构拉索张拉进行施工监测就是要对拉索的应力和变形进行监测。其中变形的监测主要是监测索长与索的垂度变化。
3.2 拉索张力的测量方法
3.2.1 压力表测定
当前, 拉索均使用千斤顶张拉, 通过精密压力表或液压传感器测定油缸的液压, 求得索力。这种方法简单易行, 是施工中控制索力最实用的方法, 其精度可达1%～2%。
3.2.2 压力传感器测定
张拉时, 千斤顶张拉力通过连接杆传到拉索锚具, 在连接杆上套一穿心式压力传感器, 得到千斤顶张拉力, 这种方法精度可达0.5%～1.0%。但压力传感器售价相当高, 只能在特定场合下使用。利用锚具与千斤顶之间放置传感器测量千斤顶的张拉力, 该方法精度较高, 操作简单。但传感器一般较重, 测试时不方便, 费时, 劳动强度大。
3.2.3 频率法
由于拉索的振动频率与拉索的索力之间存在一定的关系, 这一关系由拉索动力平衡微分方程和拉索两端的支承条件给出, 如果已知拉索的长度、每延米拉索的质量, 只要测出拉索的振动频率, 便可求出拉索的索力。用频率法测定索力, 设备可重复使用。现有的仪器及分析手段, 测定频率精度可达到0.005Hz。频率法测定拉索索力, 是通过测得拉索的固有频率来估算的, 而拉索的固有频率不仅受到索力的影响, 而且还受到拉索的抗弯刚度、边界条件、拉索垂度、减振器等诸因素的影响。实际工程中, 要示工程需要部分考虑或全部考虑其影响。
3.2.4 振动法
被一定张力张紧而安装在两支承点间的架空缆索, 就如同完全弹性体的弦一样, 敲击后即产生振动, 其振动波将沿着弦线传递, 碰到另一端的障碍便反射回来。通过测定弦线传递速度, 按照索力和弦线传递速度存在的关系就可以得出索力, 这就是振动法。
3.2.5 几种测试方法的比较
上述四种方法各有其优缺点及应用范围。其中压力表测定和压力传感器测定都是比较成熟的测试方法, 应用广泛, 精度较高。但它们只能在张拉施工阶段进行测量, 不能满足使用过程中的监测要求。而频率法能在施工阶段和使用阶段测试, 但其对边界条件的要求很高, 测量精度所依赖的因素缺乏稳定性。振动法则是方法新颖但不成熟, 是能同时施工阶段和使用阶段测试的一种测试方法。
3.3 拉索的变形监测
3.3.1 拉索变形监测的内容
由于预应力钢结构的柔性特性, 在拉索张拉过程中, 往往需要多次循环张拉使结构内部逐步建立预应力。在首次张拉过程中往往是按照索的变形来控制张拉量, 而索的变形主要是由索长变化和索垂度的变化来反映。在实际施工的过程中, 索长度的变化可以直接由螺旋套筒的旋转量得出, 而索垂度的变化却不容易控制, 故控制索的垂度就成为预应力钢索张拉施工中一个关键的控制参数。
3.3.2 控制拉索垂度的方法
如图1所示, 设有一根预应力预应力钢索AB, 在自重的作用下产生抛物线形的挠度曲线, 垂度为f, 索的跨度为L, AB两端的高度差为C, 索长度为S, 则有索挠度变形曲线的解析方程为:
经数学推导可得:
由此, 即建立了索长s和索垂度f之间的关系表达式。
在实际施工过程中, 钢索AB两个端点之间的水平距离L和高度差C一般是定值, 可知, 索长和索垂度有一一对应的关系。故实际施工过程中 (L, C给定) , 由索长可以直接求得索垂度。
由以上分析可知, 施工中控制索垂度的方法为:由结构设计图纸确定该预应力钢索的C, L值;由索下料长度并结合数据, 确定索安装后初始垂度f;施工中, 由旋转套筒的拧紧量确定索长变化值ds;代入索长变化值与垂度变化值关系式, 确定索垂度的变化量;当索长变化和垂度变化均达到预计控制指标后, 停止该循环施工。
4 工程实例
4.1 广州体育馆拉索索力测试
广州体育馆屋架是由纵向主桁架、辐射桁架、周边箱形水平钢环梁及支撑拉索组成的空间结构, 预应力钢索具有索多、拉力小的特点。若采用扭力扳手测试法误差较大, 因此决定采用频率法来测量索力。
由3.2.3可知, 拉索的固有频率不仅受到索力的影响, 而且还受到拉索的抗弯刚度、边界条件、拉索垂度、减振器等诸因素的影响。为了提高精度, 文献[7]基于斜索微振动理论, 提出了综合考虑拉索斜度、垂度、弯曲刚度影响的拉索索力测试的方法和原理。并在广州体育场馆得到了成功的应用, 精度在较好的范围内。
广州体育场馆拉索索力测试是考虑测量精度影响因素的一个成功例子。频率法的其他影响因素如边界条件的影响、减震器的影响等在相关文献亦有叙述, 但很多只能得出定性分析, 定量的计算很少见到。故在测试索力的时候, 频率法与其他测试方法结合使用, 进行对比, 会更安全可靠。
4.2 长江防洪模型试验大厅拉索预应力跟踪测试
武汉长江防洪模型展览大厅结构形式为预应力网壳-拉杆拱。由于结构拉索和吊杆预应力对于该结构体系的重要性, 故对这一结构的预应力拉索和吊杆张拉过程进行了跟踪测试。
由于水平拉索 (竖向吊杆) 之间存在着索力的相互作用, 即后张拉的拉索对先张拉的拉索索力存在影响, 因此水平拉索张拉过程中的索力随着张拉阶段的改变会不断变化。为此, 采用了两种方法对水平拉索 (竖向吊杆) 的索力进行测试。一种是通过在索端部安装振弦式压力传感器测试由拉索锚固后的索力, 另一种是在索的跨内安装加速度传感器来测试拉索的索力。由测试的数据可知, 两种测量方法的结果相差不超过2%, 与理论值不超过5%, 由此可见满足精度要求。
4.3 其他两个工程实例
国家奥林匹克体育中心综合训练馆张弦结构施工控制原则为:张拉时以张拉力控制为主, 伸长值控制为辅。主索张拉力和伸长值为预应力钢索施工记录内容。
东营会展会议中心采用车辐式预应力双层悬索体系作为阳光板的支承结构。工程共布置了12榀平面索桁架, 由于索桁架的变形对预应力值十分敏感, 应以控制变形 (形状) 为主, 控制索力为辅。
由以上两个工程实例可以看出, 预应力钢结构拉索张拉过程中不仅要监测索力, 还要监测索的变形。索力和索的变形都要监测。而究竟是以索力为主还是以变形为主则应综合考虑结构形式、施工方案和现场情况决定。
参考文献
[1]沈世钊等著.《悬索结构设计》.北京:中国建筑工业出版社, 2006.1
[2]钱若军, 杨联萍著.《张力结构的分析设计施工》南京:东南大学出版社, 2003.8
[3]陈鲁, 张其林, 吴明儿.索结构中拉索张力测量的原理与方法.钢结构, 2006
[4]朱金国, 陈宣民.频率法测定拉索索力.安徽建筑, 2003, (2)
[5]杜锦才等.用振动方法测量斜拉索的拉力.世界桥梁, 2004, (3)
[6]王朝华, 李国蔚, 何祖发, 王弘.斜拉桥索力测量的影响因素分析.振动与冲击, 2002, (1)
[7]骆宁安, 王卫锋, 韩大建.广州体育馆拉索索力测试方法及其应用.华南理工大学学报 (自然科学版) , 2002, (2)
[8]田原.空间网格结构设计及施工若干问题研究.东南大学硕士学位论文
张拉结构论文 篇8
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9
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.
张拉结构论文 篇10
关键词：箱梁智能张拉预应力压浆
1 工程概况
北京至台北高速公路廊坊段LQ8合同段共有中小桥6座，跨径分别为20m、25m、30m，布置为先简支后连续箱梁组合梁。全标段共计预制箱梁190片，其中南马庄中桥20m箱梁30片，南马庄分离式立交20m箱梁30片，永南干渠大桥25m箱梁50片，廊泊线分离式立交25m箱梁40片，A匝道25m箱梁20片，A匝道30m箱梁20片。
为方便管理及方便桥梁的架设，根据现场的地形条件，箱梁集中在K40+150~K40+500段线路左侧预制厂预制。
2 工作原理
智能张拉系统由系统主机、油泵、千斤顶三大部分组成。预应力智能张拉系统以应力为控制指标，伸长量误差作为校对指标。系统通过传感技术采集每台张拉设备（千斤顶）的工作压力和钢绞线的伸长量（含回缩量）等数据，并实时将数据传输给系统主机进行分析判断，同时张拉设备（泵站）接收系统指令，实时调整变频电机工作参数，从而实现高精度实时调控油泵电机的转速，实现张拉力及加载速度的实时精确控制。系统还根据预设的程序，由主机发出指令，同步控制每台设备的每一个机械动作，自动完成整个张拉过程。大循环智能压浆系统由制浆系统、压浆系统、测控系统、循环回路系统组成。浆液在由预应力管道、制浆机、压浆泵组成的回路内持续循环以排净管道内空气，及时发现管道堵塞等情况，并通过加大压力进行冲孔，排出杂质，消除致压浆不密实的因素。在管道进、出浆口分别设置精密传感器实时监测压力，并实时反馈给系统主机进行分析判断，测控系统根据主机指令进行压力的调整，保证预应力管道在施工技术规范要求的浆液质量、压力大小、稳压时间等重要指标约束下完成压浆过程，确保压浆饱满和密实。主机判断管道充盈的依据为进出浆口压力差在一定的时间内是否保持恒定。
3 施工准备
预应力张拉采用新型智能张拉施工工艺，千斤顶采用开湖南联智桥隧技术有限公司提供的LZD型轻量化穿心式千斤顶，吨位为150吨4台，油泵采用电动高压油泵。配备YCW27型千斤顶两台，处理单根钢绞线滑丝及负弯矩预应力钢束张拉用。计算延伸量与设计延伸量以便控制张拉延伸量控制在规范范围内。张拉吨位下的钢绞线理论伸长值计算：△Li=σi·Li/Eg
式中：△Li——钢绞线的理论伸长量。Eg——钢绞线的弹性模量。σi——钢绞线的平均应力（可近似取跨中截面与锚固截面钢绞线的平均应力值）。Li——钢绞线的长度（i为钢绞线的编号）。按每束设计张拉力计算分级张拉中各级的压力表读数，并标在压力表上，以免出错。按照张拉次序将钢束进行张拉，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。
4 智能张拉工艺要点
4.1 预应力筋张拉 ①控制软件回到主界面，检查软件左下角的状态栏，显示正常，右上角的“张拉梁号”正确，“第1次”张拉为准备状态。②再次检查确定梁板的两端千斤顶安装正确，然后启动梁板两端设备（按下绿色“油泵启动”按钮），启动设备，电机运转声音正常，平顺。仪器进行5分钟预热；温度低于10摄氏度时，进行15~30分钟预热。③通知梁板两边工作人员，注意安全。点击控制软件的“开始张拉”按键，“第1次张拉施工”启动，此时密切注意在电脑上观测压力值和位移值是否正常，有异常立即点击“暂停张拉”并进行相关检查。电脑在张拉施工过程中严禁运行其他程序，操作人员时刻关注相关数值，严禁离开控制台。④在张拉过程中应密切注意梁板两端设备和千斤顶的工作情况，注意安全，如有异常情况立即单击“暂停张拉”、按下张拉仪“急停指示”按钮，停止张拉，排除异常情况后，方可继续张拉。⑤每一孔张拉完成后，设备自动退顶，保存数据，并自动跳到下一个张拉步骤，在下一个张拉步骤开始之前，计算机操作人员应再次检查锚具、千斤顶、限位板是否正确嵌套，数据连接线是否松动、被挤压，千斤顶是否压迫粗钢筋，等等。
4.2 张拉结束 ①等整片梁板张拉施工完成后依次关闭软件、电机、切断电源，拆卸千斤顶、油管。②张拉系统所有设备在张拉完毕以后必须妥善保管，仪器、千斤顶都必须有良好的防晒、防水措施。由于保管不当造成的设备损坏，将不在保修之列。③定期维护。油量不足情况下应及时加注符合要求的抗磨液压油。每三个月更换一次液压油。④在张拉过程中严格遵照执行以上内容，以避免施工不当影响施工进程。
5 智能压浆
预应力智能压浆系统主要由预应力智能压浆台车（含制浆-储浆系统，灰浆泵、水胶比测量仪、进浆测控仪、返浆测控仪）、高压胶管、笔记本电脑、无线控制器等组成。
5.1 智能压浆系统的特点 ①实时监测水胶比。系统的水胶比测试仪可实时监测浆液水胶比，当实测水胶超过规范要求时及时给出警示信息。（2011版桥涵施工技术规范7.9.3条规定“浆液水胶比宜为0.26～0.28）。②精确控制压力。系统通过每次压浆时实测管道压力损失，以出浆口满足规范最低压力值为原则设置灌浆压力值。保证沿途压力损失后管道内仍满足规范要求的最低压力值（2011版桥涵施工技术规范7.9.8条规定“对水平或曲线管道，压浆压力宜为0.5～0.7MPa……关闭出浆口后宜保持一个不小于0.5MPa的压力）。③实时监测流量、自动计算管道内浆液体积。系统智能测控仪可监测实时进浆、返浆流量及计算管道内浆液体积与充盈程度（以百分比计）。④浆液循环排气。对于曲线管道，一次过浆往往很难将管道内的空气完全带出，而采用大循环回路方式，将出浆口浆液导流至储浆桶，从而可使得浆液在管道内持续循环，通过调整泵排流量将管道内空气完全排出，同时通过浆液循环带出孔道内残留杂质。⑤自动测试管道压力损失及自动调压。通过浆液持续循环实时测试管道进、出浆口压力损失值，并自动调整灌浆压力以保证全管路灌浆压力值满足规范的相应要求。⑥智能分析处理数据，形成工程管理所需的各种报表。⑦能及时自动反馈数据，相关部门可根据反馈数据及时下达指令。⑧系统采用傻瓜式操作控制，软件界面友好，易于操作，可靠性高。
5.2 智能压浆操作要点 ①压浆施工。在进行完设备装卸、管路连接、配置浆液等项工作后便可进行压浆施工。此时，控制软件回到主界面，检查液晶显示框内数据是否跳动，右上角的“压浆梁号”正确，“第1次”压浆为准备状态。再次检查确定管路连接是否正确，然后启动“梁孔挤水”按钮，电磁阀启动，电机运转声音正常，平顺。通知梁板两边工作人员，注意安全。而后密切注意在电脑上压力值和流量值是否正常，有异常立即点击“暂停压浆”并进行相关检查。电脑在压浆施工过程中严禁运行其他程序，操作人员时刻关注相关数值，严禁离开控制台。在压浆过程中应密切注意智能压浆设备工作情况，注意安全，如有异常情况立即单击“暂停压浆”、按下智能压浆台车“急停”按钮，停止压浆，排除异常情况后，方可继续压浆。每一次压浆完成后，设备自动溢流，保存数据，并自动跳到下一个压浆步骤，在下一个压浆步骤开始之前，计算机操作人员应再次检查仪器是否正常等等。一次压浆完成以后，将进浆与返浆管对接，点击“清洗设备”进行管路冲洗，冲洗宜选择高流量低压力档进行，并直至返浆口与溢流口均流出清水5min以上为止。等整片梁板压浆施工完成后依次关闭软件、电机、切断电源，拆下高压管。压浆系统所有设备在压浆完毕以后必须妥善保管，仪器都必须有良好的防晒、防水措施。定期维护。电液动阀、电动调压阀、水胶比测试仪每使用1个月必须进行维护保养，清除里面浆液凝固后的沉淀。浆体必须在45分钟内全部使用完，且在注浆过程中，浆液应不停搅拌。②封锚。孔道压浆后立即将梁端水泥浆冲洗干净，同时清除支承垫板、锚具及端面混凝土的污垢，并将端面混凝土凿毛，将截断的钢筋调直，焊好，并绑扎好封锚钢筋，以备浇筑封端混凝土，浇筑封端混凝土时，要仔细操作并认真插捣，使锚具处的混凝土密实。
6 结束语
预应力箱梁智能张拉施工中重要的几个环节包括预应力筋张拉前准备、预应力管道安装、钢铰线下料及安装、预应力筋张拉、孔道压浆，其施工质量的好坏直接影响到桥梁的使用寿命，由于智能张拉设备的优点，确保了上述施工环节工程质量，在施工中要充分发挥智能预应力张拉的特点。
参考文献：
[1]王金秋.预应力混凝土箱梁施工技术探析[J].山东科技，2011(04).
[2]李方.桥涵施工技术[J].桥梁建设，2011(08).
[3]李建五.京沪高速铁路预制箱梁预应力施工技术探讨[J].山西建筑，2010（10）.
后张法预应力张拉 篇11
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。