预应力索（通用7篇）
预应力索 篇1
网壳式的结构是常见的预应力控制结构, 就是采用网壳式的结构, 这种结构的受力相对来说比较稳定和均匀, 这种结构的大部分结构的受力点就是杆结构, 还有一种网壳结构式单层的网壳结构, 这种结构有着自己的独特优点, 那就是结构简单, 透光率好, 外观大方符合时代审美观, 因而非常适宜做为玻璃采光顶的屋面结构。
1 设计思路
网壳机构有很多中, 比如常见的柱面形式的网壳, 抛物面网壳, 球面网壳等等, 由于他们的主受力结构就是整个结构中的杆结构, 在受力方面很难的控制, 稳定失衡的现象很常见。对结构应力的控制也是主要控制的这方面的受力。不过有些鞍形的网壳结构受力主要就是杆杆结构的受压和受拉, 相比较来说这种结构有很好的整体稳定性, 网格的结构也比较简单, 适用于那些更大的跨度空间结构建设。鞍形网壳和预应力鞍形索网相类似, 都具有良好的形状稳定性和刚度, 但是都需要较大截面的边缘构件以保证强度和刚度要求, 因此边缘构件的合理设计成为是否采用这种体系的关键。
2 预应力鞍形索网结构分析
预应力鞍形索网钢架结构主要的组成结构是钢索结构, 这种结构有着特殊曲面, 两组钢索在各交点上连接。预应力鞍形索网曲面形式复杂多样, 千姿百态, 结构简洁明快, 挡光率低, 非常适宜做为玻璃采光顶的屋面结构。预应力鞍形索网具有良好的形状稳定性和刚度, 但是需要较大截面的边缘构件以保证强度和刚度要求, 因此边缘构件的合理设计成为是否采用这种体系的关键。
3 张弦杂交结构及其他边界效应分析
张弦杂交结构及其他边界效应分析, 这种复合的结构, 主要是通过横向腹杆结构和上下弦索结构组成的结构。通过特殊的预应力控制这种结构能够充分的发挥出自身的受力性质, 在结构的整体稳定性方面能够发挥出最大作用。这种张弦梁结构整体上有着很大的优势, 这种结构的刚度取决于结构的上弦抗弯曲结构和拉索结构的横截面, 这种结构也是一种常见的半刚性结构, 通常有以下的特点: (1) 结构整体的承载能力高。相对来说这种结构的整体承重能力有了极大的提高, 张弦梁的结构中的索结构可以有效的调整结构中的刚性结构的受力以及结构内应力的分布。比如, 在一个结构中, 刚性结构是梁结构的情况下, 这是梁下通常使用撑杆和索结构的组合, 索结构连着梁结构的两端, 这个机构在承受载荷的时候, 梁受到弯曲剪力的作用, 在负载达到一定的程度时, 结构的预应力控制可以通过调整梁的结构布置来平均分配负载产生的应力, 也可以通过控制跨度方向上的受力, 调整梁的横截面积的受力情况; (2) 使用荷载作用下的结构变形小。这种复合的结构能够大大的提高结构整体的刚性, 在有负载的情况下这种结构的变形是非常小的, 关键就是张弦梁中的索结构和梁结构的结合这种科学的组合共同的平衡应力, 使结构整体的受力平衡; (3) 结构有一定的自平衡功能。这种结构还有一种其他钢架结构无可比拟的优点, 那就是结构自身有一定自我调节结构整体平衡的能力, 这种调节的原理就是, 拱形的构件能够在水平方向上产生一定的应力, 结构中索的牵引力能够有效的平衡侧向结构内部受力。这样的结构能让结构支座的作用充分的发挥出来, 而且结构的设计方便, 装吊容易; (4) 适应性强。这种复合的结构中的组合结构可以根据实际的施工环境进行一定的调整, 能够最大程度的发挥出结构的审美要求; (5) 设计制作以及施工简便。同其他的钢架结构相比, 这种复合的结构在设计的方面相对比较方便, 由于这种复合结构的自适应性比较强, 所以在施工和制作的时候可以灵活的运用, 在运输的过程中这种复合的结构可以方便的拆装运输。
4 工程案例
(1) 工程概况。本工程是在两座旧的建筑物之间的既有建筑屋顶添加采光屋顶, 在原有的基础上, 不能增大整个建筑结构的受力负担。根据实际的情况, 对这项工程, 采用马鞍索网结构来建设采光顶, 使用张弦梁和索衔架当做是纵向的边界支撑结构, 横向的支撑结构使用特制的单钢管结构, 在这个结构的下部要设计小立柱作为整体的分支支撑。在整个结构中只要能够保证稳定索和承重索在水平投影方向上是垂直位置结构, 相邻的网格四点在同一平面中, 就能完成整个结构的建设。采用此结构的优点在于:材料用量少, 结构整体的质量轻, 透光率高, 针对这种设计要求和环境要求十分的匹配;缺点在于:此方案为国内首次应用, 还处在一个探索过程, 这种结构对承重杆的要求非常的高, 相对于梁的位置要求也很高。
(2) 施工步骤。整体结构的安装和结构形状的控制→玻璃安装前的静力准备→结构张拉应力的补偿→完善和应力加载。在此过程中要对各个阶段的支撑杆处的应力变化进行测试。
(3) 施工方案比选。方案一:依照原有设计的预应力, 把索网结构整体的张拉到结构设计的初始态, 然后, 铺设顶层的玻璃, 逐渐的让索网结构达到一种平衡状态。综合来说, 这种方案很容易完成施工, 但是, 这种方案, 对两边原有旧建筑物的拉力很大, 很可能导致旧建筑的破坏。方案二:通过对结构的张拉加载的张拉过程, 首先, 以设计预应力的三分之一力进行设计的张拉成形, 然后, 铺设顶棚的玻璃板, 当顶棚的玻璃板铺好以后, 通过张拉, 让结构中索的轴力逐渐达到计算设计的要求。这套方案设计及施工有些复杂, 不过, 这套方案的优点就是能够充分的利用结构中钢材的反复受力的特性, 减轻边缘构件和边缘建筑物的受力。
综合的分析上面的设计施工方案, 发现第二套方案更加的合理。所以使用第二套方案。
5 施工模拟
首先, 使用设计预应力值要求的三分之一为初始预应力值对整个索网结构进行预应力的张拉到位, 张拉成形以后, 得出的最终结果和上述的找形结果保持一致。就整个索结构的索内预应力是找形的三分之一就是4.92700k N。然后, 加载玻璃板。最后再次的张拉到位。
(1) 计算条件。 (1) 结构的上弦拱、下弦索均为抛物线, 其初始的结构曲线方程为:拱的斜率变化同上层屋面的结构一致, 索内斜率浮动同腹杆的位置保持一致。 (2) 腹杆结构同拱的衔接模式为铰接模式。索结构和拱结构对结构的边缘构件有很大的拉力, 所以, 把张弦梁结构一端进行铰接, 还要限制这部分平面范围内的水平以及竖向的线位移, 而另一端只限制竖直方向上的位移, 这样就允许了结构在水平方向自由滑动, 进而消除了索和拱对结构的支座产生了很大的水平拉力, 进而减轻了边缘构件的负载, 同时, 又减轻了结构在使用中的内应力。但是这样结构会有较大的水平支座位移, 尤其在温度荷载下 (40度温差) , 应予以注意。
竖向荷载在每个节点上按照设计值取为6.02KN, 水平荷载在每个节点上均按照设计值取为11.988KN。 (计算变形时按照标准值分别取为5.10KN和8.88KN) 。单元上的节点荷载由玻璃四角传来, 按面积生成。温度荷载取正负50度。温度线膨胀系数取1.1e-5。
(2) 结果分析。为了保证张弦桁架在最不利荷载的情况下不会松弛, 应给水平拉索和垂直拉索施加一定的预应力。计算分析表明, 在同时作用竖向荷载、水平荷载和升温50度的荷载下为最不利荷载。此时, 为了保证节点位移控制在1/250以内, 需要给拉索初始张拉应力最大值为170Mpa。
预应力索 篇2
本文主要针对levy式索穹顶, 研究了施工预应力水平的不均匀性, 利用非对称叠加原理与设计预应力值组合, 形成相对理想预应力存在不同差异程度的模拟施工预应力, 并编制了相应的计算机程序, 进行算例分析。通过控制多余杆初始预应力值的输入, 得到多组不同均值、方差的模拟值。
1 模拟施工预应力设计方法
本文所设计的模拟施工预应力, 是在结构初始预应力设计及理想预应力设计完成的基础上进行的, 所以首先介绍初始预应力设计及理想预应力设计部分。
1.1 初始预应力设计理论
索穹顶结构的平衡方程为[A]{t}={P} (1)
将[A]化为阶梯矩阵如下形式:
考虑体系的自应力模态时取荷载向量{P}={0}, 对该方程移项变化为
便得到了用多余杆轴力来表示非多余杆轴力的方程, 通过对多余杆加预应力来给整体结构加预应力。
1.2 理想预应力设计理论
理想预应力状态的标准主要体现在以下几个方面:
1.2.1 要保证张拉整体结构在正常工作条件下所有的不能松弛, 即在使用荷载作用下索中产生的内力不能为负值。
1.2.2 要使所施加的预应力状态能保证结构的几何形状。
1.2.3 在满足上述条件的情况下, 使预应力水平最低。
1.3 模拟施工预应力设计理论
设计模拟施工预应力时, 要求各杆件的预应力值不完全相同, 同时在每一节点又满足力的平衡条件。本文提出同类杆非对称叠加法进行模拟施工预应力设计。下面, 对应图1介绍该方法, 图中圆圈内的杆号为上层索, 三角内的杆号为下层索, 节点编号带有括号的为压杆下端节点。
1.3.1 如图示索穹顶结构, 根据上文所讲的化平衡矩阵为阶梯行, 求出该体系的多余杆件为31、32、56、57、59、60、61、62、63、64、65共计11个杆。
1.3.2 将31、32、56、57、59、60、61、62、63、64、65作为一个加载单元, 根据结构的对称性旋转一周, 分别取30、31、55、57、58、60、61、62、63、64、65为第二加载单元, 以此类推可得到8个加载单元。
1.3.3 利用平衡方程求出第一加载单元下各杆件的内力, 在其他加载单元下, 各杆件的内力分布规律与第一加载单元下的内力分布规律相同, 所以由对称性可知各杆件在其他加载单元下的内力。
1.3.4 仅对其中8个加载单元中的任意几个加载单元作用下的各杆件内力进行叠加, 这样得到的预应力是非对称但平衡的。
1.3.5 若此种组合得到的各杆件的预应力值之间级差较小, 则将其值缩小适当倍数后与理想预应力设计值组合, 可得模拟施工预应力;若得到一组级差较大的值, 无法用于施工预应力模拟, 则该种组合必须舍弃。
1.3.6 通过反复给定不同的初始多余杆件预应力, 可得到叠加值, 从而得到不同的模拟施工预应力, 并计算改组模拟值的均值、相对理想值的标准差。根据初始给定多余杆件预应力的大小以及不同的组合值, 可控制模拟施工预应力与理想预应力之间的差值, 从而得到多组数据。
2 算例分析
以图1所示的索穹顶结构为研究对象。其内径为100cm, 外径为200cm, 压杆高度为60cm, 中心压杆与内上斜索的夹角为80°, 第一圈压杆与外上斜索的夹角为70°。该结构的理想预应力值已中求得。通过程序计算, 结果见表1。
本文所列表格数据只是针对一组多余杆预应力初值所得结果, 其中数据重复部分是因为多余杆在此类杆件中比较集中, 导致同类杆叠加值相同, 所以模拟值重复, 通过多次改变多余杆初始值的大小, 将会得到其他多组不同的模拟值。
3 结束语
预应力索 篇3
关键词：空心板梁,体外索,加固
1 引言
体外预应力结构是后张无粘结预应力结构的一个分支,是一种用构件截面以外的预应力束来对结构施加预应力的结构体系。早在1920年欧洲就采用体外索技术加固桥梁,1934年德国工程师Franz Dischinger获得体外无粘结预应力技术专利。体外预应力的发展经历了兴衰交替的三个阶段:上世纪30～50年代是早期应用阶段;60～70年代是停滞阶段;80年代至今是再发展阶段。
体外预应力因其施工方便、快速高效、易于检测和更换的特点,现已被广泛的用在建筑领域和桥梁工程中。在桥梁加固工程中更具优势。它不仅能改善结构的受力状态,提高结构的刚度和承载力,限制和减少结构的裂缝及变形,同时施工操作对桥梁运营干扰较小,具有良好的经济效益。
2 工程实例
1999年,某新建高速公路双幅单跨跨径7m、宽12.5m的正交通道桥,设计荷载为:汽车-超20级,挂车-120。上部结构原设计为普通混凝土预制空心板梁,中板72cm宽,边板104.5cm宽。因施工需要,变更为现浇整体式空心板结构。在高速公路交工验收时,发现桥梁板底有多条规则的顺桥向长度不等的裂缝,并且有发展现象,裂缝位于梁板空心腔体最薄弱处,桥面未发现肉眼可见裂缝。
解决该质量问题拆除重建是最安全可靠的做法,但将直接影响到高速公路沥青混凝土路面施工,进而将延误既定通车时间。经过参建各方反复论证,决定采用两个方案解决这个质量问题。
右幅梁板开裂较严重,为确保结构安全,拆除右幅梁板,重新浇注;左幅梁板采用横向预应力钢筋进行体外索加固。
2.1 左幅梁板横向预应力钢筋体外索加固施工简介
预应力钢筋顺桥向按等间距100cm分布,编号为:左1—左2—左3—左4—预留—左5—左6。
(1)准备工作
加工预应力体外索构件:张拉用法兰螺丝(长350mmⅣ级Φ45钢筋)和Φ22、Φ25的预应力冷拉Ⅳ级光圆钢筋(法兰螺丝大样如图1),锚固用L形边缘锚固板(高200 mm×宽520mm×厚20mm+长200 mm×宽520mm×厚20mm)、底板锚固钢板(长845mm×宽520mm×厚20mm);锚固钢板用Φ32钢筋、固定钢筋网和铁丝网用M12×130mm膨胀螺栓、喷锚钢筋网Φ12、Φ18普通钢筋、25.4mm长4目的0.9mm镀锌低碳钢丝(孔度近似5.45mm)、环氧胶泥、堆载用地材;其他施工机具和材料;张拉力观测设备。
(2)施工简介
①放样:
根据加固方案,准确地在桥梁底板、底板边缘放样体外索设置位置:边缘L形锚固钢板、底板锚固钢板、法兰螺丝。
②开凿:
按放样位置开凿1.35cm深板底锚固槽和底板边缘锚固槽,法兰螺丝位置在板底中间,开凿深度1cm、长度37cm。开凿面要平整,防止阻碍法兰螺丝旋转。开凿面必须清洗干净。
③安装:
用环氧胶泥固定好锚固钢板并且用Φ32钢筋植入梁板加固,加固位置在梁板实心段;锚固件四周与板混凝土间的空隙用环氧砂浆封闭牢固;锚杆与板混凝土间采用40#膨胀水泥砂浆进行锚固;组装好法兰螺丝张拉系并焊接牢固,焊接要求双面焊。
张拉体系:L形边缘锚固板→底板锚固钢板→Φ22预应力冷拉Ⅳ级光圆钢筋→Φ25预应力冷拉Ⅳ级光圆钢筋→法兰螺丝←Φ25预应力冷拉Ⅳ级光圆钢筋←Φ22预应力冷拉Ⅳ级光圆钢筋←底板锚固钢板←L形边缘锚固板
④张拉:
由工人用合适的扳手(用钢管接长手柄)旋转法兰螺丝,对预应力冷拉Ⅳ级光圆钢筋施加张拉力,张拉顺序按左1—左6—左2—左5—左3—左4进行。
张拉力控制采用观测待张拉的Φ22钢筋上粘贴的应变片,用YJ-18应变采集仪进行应变控制。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85)的规定,钢筋的弹性模量取2.0×105MPa。预应力钢筋张拉应力为0.7Py=490kN,张拉力为125kN,营运阶段预应力钢筋最大拉力为150kN。通过观测,张拉力都能够达到125kN以上。
⑤堆载:
用袋装砂石料在桥面堆载,堆载Q=10kN/m2,跨中挠度控制为2mm;堆载系在张拉完预应力钢筋后进行,按先堆载跨中中心点,然后向四周均匀堆载,由轻载向重载逐级加压这种顺序施工
⑥锚喷:
待整个体系堆载稳定后即可进行挂网喷锚水泥砂浆加固防护、抹面找平修饰施工。35号水泥砂浆喷射60mm,喷射水泥砂浆前对底板凿毛处理。钢筋网架由Φ12、Φ18钢筋组成,点焊在膨胀螺栓上,膨胀螺栓进入板底65mm,外露大于40mm的部分用砂轮磨去,镀锌低炭钢丝网绑扎在钢筋网或膨胀螺栓上。
2.2 右幅拆除,分析产生病害原因
用空压机按1m宽度开槽切割梁板,吊车起吊梁板,平板车外运废弃,重新浇注梁板。凿开的梁板实体检验了施工质量良好:原设计C30混凝土强度实际达到C35以上,钢筋数量符合设计,钢筋制作安装符合规范要求。通过分析,梁板出现裂缝是由于设计上的疏忽,桥面原1m宽梁板之间为铰结结构,改现浇后成为刚性结构,横向筋由简单的梁式分布变为横向通长布置,因此横向钢筋配置偏少,致使横向抗弯强度不够,在施工荷载作用下,梁板沿薄弱处产生裂缝。
2.3 体外索加固效果
张拉完毕,仔细检查桥梁板底和桥面均未有肉眼可见裂缝,加固的桥梁经过了整十年的高速公路运营的考验,回访未发现质量问题。体外索加固有效地改善了桥粱在正常使用阶段的工作性能,裂缝宽度变小,挠度明显减小,增强了结构的耐久性,提高了桥梁承载能力,满足了使用功能,达到加固目的。
本加固方案采用法兰螺丝施加预应力的构思新颖,一种受力明确、施工简便,机具简单;加固过程对桥上通行影响少,无噪音;永久性侵占桥下净空少;左幅的加固费用与右幅的重建相比较,经济效益明显。
3 结束语
预应力索 篇4
近年来,预应力索杆结构在工程中的应用日益广泛。尤其以索穹顶结构为代表的索杆结构体系已成为当前大跨度空间结构的研究热点之一。在合理的预应力分布下,预应力索杆结构体系可以稳定地承受外部荷载,并能满足较常规结构更大的跨度要求。而实际工程中,索杆结构的预应力分布和形状受制造、安装和张拉控制等方面误差的影响而偏离设计值,进而导致结构的整体性能受到影响。
本文主要研究索长误差对初始预应力的影响,并比较实施不同施工方案时误差影响的敏感性。对此,应首先研究索长误差分布的随机数学模型,并提出因索长误差引起初始应力偏差的分析方法。再以一实际工程的索杆结构为例,分析不同索长误差对结构的初始预应力的影响以及形状的敏感性,讨论不同施工张拉方案对于减小索长误差效应的有效性,考察了放宽索长误差限制对结构初始预应力偏差的影响规律。
1 索长误差的数学模型
根据相关规范,拉索的制作误差不应超过拉索长度的0.25%,且具体规定了不同长度拉索的最大制作误差,如表一所示。
结构各拉索长度的误差可视为相互独立的随机变量,并且各独立的索长误差对总体的误差分布影响很小。根据林德伯格定理[1],可近似采用正态分布作为索长制作误差的随机分布模型。定义X为索长制作误差的随机数,则X服从正态分布N(μ,σ)。
实际工程中,每一拉索因制作产生长度正误差或负误差的概率相等。因此,索长制作误差正态分布模型的期望μ可取为零。记在索长制作误差的总体分布中,任意制作误差小于等于拉索最大制作误差M的概率,即保证率为P,则索长制作误差正态分布模型方差σ可按下式计算:
采用计算机生成均匀分布的随机数[2,3],并建立索长制作误差的正态分布随机模型。
首先通过计算机编程,生成在[0,1]上均匀分布的随机数。根据独立同分布的中心极限定理,无穷个相互独立、服从同一分布且具有相同数学期望和方差的随机变量之和服从正态分布。令,其中y1,y2,…,yn为相互独立且在[0,1]上均匀分布的随机变量。当n足够大时,Y近似服从正态分布N(n/2,n/12)。
根据正态分布的有关理论[1],当n较大时,分布函数与均服从标准正态分布N(0,1),因此可得出服从正态分布的索长制作误差随机数学模型如下:
根据式(1)和(2),应用Matlab[4]编制程序,可以产生索长制作的正态分布随机误差。应该注意的是,得到的每一随机误差均应满足表一中关于拉索最大制作误差的规定。
2 给定索长误差的预张力偏差分析
给定索长误差的预张力偏差分析实质是形状分析问题,即已知各索段和杆的实际原长以及构件材料特性和结构拓扑关系,对结构进行求解,获得结构形状和构件内力。构件的实际原长l'0可按下式计算:
式(3)中:l0为构件的理论原长;η为满足规范要求的索长制作误差,由索长制作误差的随机数学模型产生。
预应力索杆结构的拉索包括被动张拉索和主动张拉索两类。其中,被动张拉索的长度为定值,而主动张拉索的长度可以调节,其控制参数为设计初始预应力。基于索长误差的预应力索杆结构敏感性分析,仅对被动张拉索引入索长制作误差,研究其对整个体系的形状以及初始预应力的影响。由于被动张拉索的索长制作误差,在结构的预应力成形过程中,需不断地调节主动张拉索的张拉长度,使主动张拉索的预应力值与其设计初始预应力值相等。
3 斜拉索杆系统的敏感性分析
3.1 斜拉索杆系统计算模型
图一为一斜拉索杆系统[5]的轴测图,结构分析模型中的节点和单元编号分别如图二和图三所示。其中,第10、19、28、36号节点为桅杆落地节点,第37~40号为主稳定索张拉端节点,第8、9、17、18、26、27、34、35号为后端斜拉索落地节点。这些节点在计算模型中均设有三向线位移约束。
根据斜拉索杆系统的两个对称轴,对其单元进行分组。单元分组情况及各单元初始预张力列于表二。根据表一的规定,索网系统各单元的最大制作误差如表三所示。
第11~15组单元为主稳定索,它实际为2根通长索,因此,在每个单元满足其最大制作误差的前提下,相关单元(图三)的误差总和还应满足通长索的最大制作误差。
第7组为桅杆单元,在本章分析中对其制作误差也按钢索制作误差考虑。
第10组单元为主动张拉索,即通过张拉这四个单元使得整个结构形成一个自平衡的预应力系统。计算分析以第10组单元达到初始预应力值作为张拉成形的控制目标。
3.2 索长误差方案
在敏感性分析时,首先根据索长制作误差的正态分布模型,产生符合表三要求的随机数组来描述索杆体系的索长制作误差。其中负值表示拉索缩短,正值表示拉索伸长。由于第10组单元为主动张拉索,不对其产生误差随机数。其次,考虑上述索长误差的随机数组,采用动力松弛法对结构进行成形分析,并以第10组单元达到其初始预应力值为控制目标。在结构成形后,考察上述索长误差对体系整体形状及初始预应力的影响。
本文在敏感性分析过程中采用了三种不同的索长误差方案,考察斜拉索杆系统的形状以及初始预应力的变化,如表四所示。方案一假定索长误差与索杆体系具有相同的双轴对称性,即处于对称位置的各单元具有相同的索长制作误差。这样,每一个索长制作误差的随机数组仅包含19个独立值,数据量较小,便于分析比较。而实际工程中,各单元的索长制作误差都是独立的,不具备对称性。因此,需要补充方案三,按单元分配索长误差。此外,方案一的分析结果表明部分单元对索长制作误差的预应力敏感性很小,可对其采取零误差处理。基于此,可以提出兼顾分析方便性和真实性的索长误差方案二。
根据三种误差方案各生成20组随机数组进行敏感性分析。根据结构的双轴对称条件,敏感性数据分析结果以单元组的形式列出。
3.3 对初始预应力的影响
表五中列出了索长误差方案一的2组随机索长制作误差以及其对结构初始预应力的影响,负值表示初始预应力减小,正值表示增大。比较在索长误差Ⅰ和Ⅱ的情况下第17组单元的预应力误差,可以明显看出:当索长为负误差时,结构初始预应力偏大;反之,结构初始预应力偏小。对于预应力索杆结构来说,初始预应力增大使得结构的整体刚度更大,进而使结构在使用过程中的承载能力有较大富余。因此,增大拉索的初始预应力对结构较为有利。此外,第17组单元的索长负误差对结构初始预应力的影响较索长正误差更大。比较其他对制作误差的预应力敏感性较大的索单元,也基本满足这个规律。
图四和图五分别给出了不同索长误差方案下各单元组的预应力偏差最大值和均值。从图四和图五中可以看出,水平索(第16~20组单元)对索长制作误差的预应力敏感性最大,尤其是第17、18组水平索单元,其预应力最大相对偏差超过60%,偏差均值也在18%以上。前端斜拉索(第1~6组单元)对制作误差的预应力敏感性较大,预应力最大相对偏差在15%左右,其偏差均值基本为5%;而后端斜拉索(第8、9单元)和主稳定索(第11~15单元)对制作误差的预应力敏感性较小,其预应力相对偏差均值基本在3%以内。
实际上对于每组单元来说,其预应力绝对偏差的最大值基本是30~50kN。造成水平索和前端斜拉索对制作误差较敏感的主要原因是其初始预应力较小。
比较各索长误差方案下结构初始预应力的变化情况可发现,在索长误差按单元分配的方案二和方案三中,水平索的初始预应力偏差略有降低,后端斜拉索和主稳定索的预应力偏差虽有增大,但仍较小。比较索长误差方案二与方案三的分析结果可看出,在考虑了桅杆、后端斜拉索和主稳定索的随机索长制作误差后,后端斜拉索和主稳定索的预应力误差较方案二有较大增加,说明水平索和前端斜拉索对制作误差的预应力敏感性主要受自身索长制作误差的影响。
3.4 各张拉方案的敏感性分析
本章考虑了两种斜拉索杆系统的张拉成形方案:方案一中只张拉四根主动张拉索,上述成形分析均采取此方案;方案二中同时张拉后端斜拉索和主动张拉索。根据表三给定的随机索长制作误差,分析两种张拉方案下结构各组单元的初始预应力偏差,并列于表六。
从表六中可以看出,当结构采用方案二张拉成形时,前端斜拉索和主稳定索的初始预应力最大偏差均有所减小,但水平索的初始预应力最大偏差几乎没变。因此,采取张拉方案二对于减小前端斜拉索和主稳定索的初始预应力偏差有帮助。但方案二无法改善水平索对制作误差的预应力敏感性,这种结果很大程度上是由于水平索对制作误差的预应力敏感性主要源于自身的索长误差。因此,在实际工程中,应严格控制水平索的索长制作误差,且应采用方案二对结构张拉成形。
4 结束语
本文建立了索长制作误差的正态分布随机数学模型,对给定索长误差的结构进行张拉成形分析,并根据实际工程引入了主动张拉索的概念,比一般方法更符合实际情况。文章对一斜拉索杆系统进行了基于索长误差的敏感性分析,得到如下主要结论:
(1)斜拉索杆系统是一种索杆张力体系,靠预应力来提供刚度。
(2)前端斜拉索和水平索对索长制作误差的预应力敏感性较大,其中水平索由于初始预应力较小,对随机索长制作误差表现最为敏感。为防止水平索的初始预张力过小甚至松弛,应更为严格控制其索长误差,尽量避免出现正误差。
(3)一般情况下,负误差使得单元内力增大,正误差则相反;对于绝对值相等的正负误差,负误差对结构初始预应力的影响更大。负误差相对正误差来说对结构较有利,因此,在实际工程中,应尽量避免出现较大正误差。
(4)对两种不同张拉方案的分析得知,张拉方案二虽对水平索的初始预应力误差没有改善,但能显著减小前端斜拉索和主稳定索的初始预应力误差。在实际工程中,建议采用张拉方案二。
摘要：本文基于索长误差的概率分布模型,分析预应力索杆结构施工张拉的初始预应力偏差。首先讨论了索长误差的随机数学模型,建立了一种关于预应力索杆结构索长误差效应的计算方法。其次以实际工程为算例,考察不同的索长误差对结构初始预应力的影响,并比较不同的施工张拉方案对于减小索长误差影响的效果。分析结果表明,合理的张拉方案能有效减小结构的初始张力偏差。
关键词：预应力索杆结构,索长误差,预应力偏差,施工张拉
参考文献
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[5]刘勇.斜拉悬挂屋盖结构的形态和抗震性能分析[D].杭州:浙江大学,2006.
预应力索 篇5
斜拉索是斜拉桥的重要组成部分, 它承担了斜拉桥在施工阶段和成桥后正常运营阶段的大部分荷载, 斜拉索的索力合理与否直接决定了斜拉桥施工阶段结构的受力安全和成桥后结构内力的合理分布。因此施工过程中进行索力的测量和调整是非常重要的步骤。
现场索力测量的方法有压力表量测法、压力传感器量测法、振动频率量测法。
(1) 压力表测定法是利用张拉千斤顶的液压与张拉力之间的直接关系, 通过测这定张拉过程的油压, 而换算成索力的一种索力测定方法。采用此法测定索力时, 需使用0.3~0.5级的精密压力表, 使得压力表测定的索力精度达到1%~2%。此法测量索力简单易行, 是斜拉桥施工过程中最为常用的一种索力测量方法。
(2) 压力传感器测定法是在张拉连接杆套一个穿心式压力传感器, 张拉时处在千斤顶和张拉螺母之间的传感器受压发出电讯号, 在配套的二次仪表上读出千斤顶张拉力, 从而得到索力值。此方法的优点是精度较高, 可达到1%以下, 稳定性较好, 易于长期监测, 但价格比较昂贵, 只能在特定条件下使用。
(3) 振动频率法是利用索力与索的振动频率方间存在对应关系的特点, 通过测定频率, 间接换算索的办法测定索力。随着技术的发展, 测定拉频率电子仪器日趋成熟, 仪器便与携带, 安装方便, 测量结果比较可信。采用此法测索力比较普遍。
下面重点介绐振动频率法及其实际工程中的应用
2 振动频率原理
振动测量方法能够利用风和或外力激励引起的环境振动响应记录值来鉴别确定固有频率, 是利用索力与索的振动频率方间存在对应关系的特点, 在已知索的长度, 两端约束情况、分布质量等参数时, 通过测量索的振动频率, 进行而计算出索力的拉力。
频率法分为共振法和随机振动法, 共振法需要进行人为激励, 对操作者有较高的要求;随机振动法则利用环境随机激励 (风、桥面振动等) 对拉索激振, 通过对拉索随机振动信号的处理, 获取拉索的固有频率, 并进一步估算索拉力。
当拉索的两端看成是铰接时, 索力:
式中l———拉索的长度。
当忽略拉索的抗弯刚度的影响时, 式 (1) 可以简化为:
式 (2) 简洁明了且为线性方程, 方便数据的处理, 在实际工程中应用很广。由于在建立斜拉索的自由振动方程时, 忽略了索的弯曲刚度以及拉索由于重力作用而产生的垂度。下面将进一步对垂度对索力测量的影响进行分析。
因为基频振动在拉索的中央有最大振幅, 而高次振动在拉索的两端有最大振幅。但受测量条件所限, 传感器不可能安装在拉索的中部, 只能安装在靠近桥面的一端, 测量所得的信号几乎都为高次谐振波, 低阶的成分很少。直接利用低阶的频率来计算索力很困难, 通常是利用各高阶谐振峰来推算拉索振动基频。
3 误差因素分析
采用频率法测量索力时, 受测试仪器、索的弯曲刚度、减震条件和测量环境等因素影响, 索力测量结果会出现一定的误差。
3.1 拉索的抗弯刚度对索力测量的影响
斜拉索抵抗横向变形的刚度由两部分组成, 一部分是拉索的物理刚度 (即通常称的抗弯刚度) , 另一部分是拉索的几何刚度。对于正常使用情况下的拉索, 其刚度主要由几何刚度提供, 物理刚度较之几何刚度常常可以略去不计。所以用频率法测量拉索索力时, 在测得拉索的振动频率后, 用简单的不考虑拉索抗弯刚度的方式来推算拉索的索力不会造成太大的误差。拉索的抗弯刚度的存在将使拉索的频率增加。不考虑这种影响, 将使算得的索力偏大, 这种误差对于一般长度的斜拉索来说较小, 对于特别短的索则可达到5%~7%。
3.2 垂度对索力测量的影响
上述原理中把拉索简化为张紧的弦, 即假定拉索是没有垂度的。实际上在索自重的作用下, 斜拉索有垂度, 垂度大小受到索力影响, 属于非线性构件。拉索垂度的存在增加了拉索在竖直平面内的弯曲刚度, 使拉索的频率增加, 因此不考虑垂度的影响将使计算得到的索力偏大。
3.3 减震器的影响
由于风和桥面振动的激励, 斜拉索会发生多种形式的振动, 有时振幅会很大。为了抑止拉索的振动在拉索两端设置减震器。减震器常见的种类是液压减震器和橡胶减震器。液压减震器相当于一个阻尼元件, 橡胶减震器除了提供阻尼外, 本身还有一定刚度, 相当于阻尼与弹性的组合元件。阻尼器对拉索的约束作用使拉索的自由长度减小, 提高了拉索的自振频率。阻尼器对拉索频率的影响比较复杂, 用分析的办法来确定这种影响比较困难。实用的办法是, 对于某一特定的桥梁通过测量每一根拉索安装阻尼器前后的频率变化, 来确定阻尼器对拉索的约束作用。
3.4 温度变化对索力测量的影响
当斜拉桥整体结构均匀升温或降温时, 温度变化基本不会引起索力的变化。这是因为混凝土和钢的线膨胀系数相近以及梁、塔、索在相同温度变化下所产生的变形基本相同。因此在施工中不考虑季节温差对索力的影响。能够对索力产生影响的是日照温差 (索梁温差、主梁日照、主塔日照) 。而且这种影响会随主梁悬臂施工长度的增加而变得愈加明显。把日照温差引起的索力变化从索力实测值中分离出来是一件十分困难的事情。因此对索力的测量应选在一天中日照温差对索力影响较小的时候即清晨日出前进行。
3.5 测量条件及环境对索力测量的影响
在实际索力测量时, 对于长索, 索中央处离地面很高, 受条件限制, 传感器只能安装在拉索靠近桥面端附近处。这样, 传感器拾取的信号中基频成分就相对较小, 高次谐波成分相对较大, 再加上传感器频率响应的影响, 容易造成在频谱图中基频不突出而高阶谐振峰突出, 峰值很大的现象。由于难以找到基频, 通常是利用各高阶谐振峰来推算斜拉索振动基频。最直接的方法是利用两相邻谐振峰之间的频率差求得基频。这种方法在实测时会带来较大的误差。因为假定斜拉索做弦振动是一种近似的简化, 其两端的固定并不是严格的固结, 固定拉索的桥面及桥塔本身也在振动, 此外还有风、雨等各种干扰, 都会影响频谱图中相邻谐振峰间频率差的准确性。
4 工程实例
某预应力混凝土独塔双索面斜拉桥, 墩塔梁固结。斜拉索扇形布置, 全桥共有156根索, 10种索型 (斜拉桥索内钢绞线数相同的索作为一种索型) , 采用标准强度为1860MPa的φj15.24环氧树脂全涂装钢绞线, OVM250拉索群锚锚具, 拉索设计安全系数≥2.50。在施工中除个别索在控制张拉时进行调整外, 施工过程中的索力与按平面杆系计算的理论索力值吻合较好, 误差控制在5%以内。下面表1、图1给出32#拉索张拉完成后附近5根斜拉索的实测值与理论值比较 (28#~32#索为江侧拉索, 28′#~32′#索为岸侧拉索) :
5 结语
本文从频率法的测试原理出发, 通过对索力和频率关系方程的推导以及分析拉索抗弯刚度、垂度以及减震器、温度等因素对索力测试的影响, 并结合实际工程对频率法在斜拉桥索力测试中的应用进行了详细的介绍, 结果表明频率法测试索力在斜拉桥施工过程实际运用效果良好, 满足施工控制精度要求。
参考文献
[1]王东森.PC矮塔斜拉桥索力测试方法研究.国防交通工程与科技, 2012 (01)
[2]金能峰.闽江四桥主桥斜拉索索力测试及应用.福建建设科技, 2013 (2)
预应力索 篇6
预应力锚固是指由钻孔穿过软弱岩层或滑动面, 把锚杆 (索) 一端锚固在坚硬的岩层中 (内锚头) , 在另一个自由端 (外锚头) 进行张拉, 从而对岩层施加压力对不稳定岩土体进行锚固的一种方法。与传统的边坡治理方法相比, 具有如下优点。
1) 经济性好。锚固技术既可单独使用 (充分利用岩土体自身强度, 从而节省大量工程材料) , 也可与其他结构物组合使用, 改善其受力状态, 具有显著经济效益。
2) 深层加固。根据工程需要, 加固深度可达数十米之深。
3) 主动加固。能够主动控制岩土体变形, 调整岩土体应力状态, 有利于岩土体的稳定性。预应力锚索结构是在岩土体及被加固结构物产生变形之前发挥作用, 这与挡土墙、抗滑桩等支挡结构在岩土体变形后才发挥作用的被动受力状态有着本质区别。
4) 施工快捷灵活。施工采用机械化作业, 具有工艺灵巧、工期短、施工安全等特点, 用于应急抢险更具有独特优势。
5) 随机补强、应用范围广。既可对有缺陷或存在病害的既有结构物、支挡结构进行加固补强, 又可在新建工程中显示其独特的功能, 具有应用范围广的特点。
2 预应力锚杆 (索) 锚固段设计分析
青岛胶州湾隧道是国内第2条已建成大型海底隧道, 也是目前我国最长的海底隧道。隧道路线等级为城市快速路, 设计基准期为100 a。工程于2006年12月27日正式开工建设, 2010年底实现全线贯通, 2011年6月正式开通运营。隧道北岸接线端敞口段, 路堑高差最大约12 m。因现状基坑开挖两侧建筑拆迁困难, 管线复杂, 难以在预定的时间内迁移, 而工程进度要求该段支挡结构必须按计划完成。经方案比选, 确定采用能控制现状地面变形, 保证尚未拆迁的建筑、管线正常使用不受影响的预应力锚杆 (索) 挡墙。
基于市政工程中预应力永久锚杆挡墙工程经验较少, 本着百年大计、安全第一原则, 在采用JTG D30—2004《公路路基设计规范》 (以下简称《公规》) 计算锚固段长度 (锚固体的承载能力由注浆体与锚孔壁的黏结强度、锚杆与注浆体的黏结强度及锚杆强度等3部分控制, 设计时取小值) 后, 又采用GB 50330—2002《建筑边坡工程技术规范》 (以下简称《建规》) 复核设计结果。结果发现:在设计锚杆轴向力及各参数取值完全相同情况下, 两者的锚杆锚固体与地层的锚固长度结果明显不一致, 且差异较大 (见表1, 表1中岩规为CECS 22:2005《岩土锚杆 (索) 技术规程》) 。
《公规》5.5.4-2:Lr=K·Pd/ (ξ·π·d·frb) , 再配以构造设计 (锚固段长度≥3 m, 且不宜>10 m) 。
《建规》7.2.3:La≥Nak/ (ζ1·π·D·frb) , 同样配以构造设计 (土层锚杆的锚固段长度≥4 m, 且≤10 m, 岩石锚杆的锚固段长度≥3 m, 且≤55D和8 m) 。
上述式中:Lr、La为地层与注浆体间黏结长度, m;K为安全系数, 此处选2.0;Pd、Nak分别为锚杆轴力设计值、标准值, k N;ξ、ζ1为锚固体与地层黏结工作条件系数, 对永久性锚杆 (锚杆服务年限>2 a) 取1.00, 对临时性锚杆 (锚杆服务年限≤2 a) 取1.33;d、D为锚固段钻孔直径, m;frb为地层与注浆体间黏结强度, k Pa。
对比计算公式, 均以锚杆注浆体接触面积、地层与注浆体间黏结强度控制, 原理、参数取值完全相同, 但《公规》荷载取值乘以安全系数K, 对于永久性锚杆取1.6~2.2。在锚杆钢筋面积基本相同, 锚杆的锚固段长度 (含锚固体与地层的锚固长度、锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度) 却直接翻倍。
计算结果不禁让人质疑设计的准确性。另取《岩规》重新复核计算, 计算结果也见表1。
《岩规》7.5.1-1:La>K·Nt/ (π·D·fmg·ψ) , 式中除fmg (锚固体与地层的黏结强度标准值) 取值存在明显差别外, 其他基本相同。
各规范锚杆锚固体与地层的黏结强度对比表见表2。
《建规》中规定frb根据锚杆基本试验, 确定锚固体与岩土层间黏结强度特征值。它规定:试验中取各锚杆极限承载力中最小值作为锚杆的极限承载力标准值, 再将极限黏结强度标准值除以2.2~2.7 (对硬质岩取大值, 对软岩、极软岩和土取小值, 当试验的锚固长度与设计长度相同时取小值, 反之取大值) 为黏结强度特征值。即它已包含至少为2的安全系数。
《岩规》中规定fmg (锚固体与地层的黏结强度标准值) 是取极限承载力标准值, 并没有除以安全系数, 这样《建规》和《岩规》计算结果较统一。
《公规》既采用与《建规》相同的锚固体与岩土层间黏结强度特征值 (包含2的安全系数) , 又采用与《岩规》相同的计算公式, 再乘以安全系数K (永久性锚杆取1.6~2.2) , 导致锚固段计算长度很长。因此, 在相同地质条件下, 相同的锚固段长度 (控制锚固段长度≤10 m) , 按照《公规》计算水平力小、轴向拉力受限的情况下, 锚杆 (索) 立面布置间距较密, 需要锚杆 (索) 数量多, 投资大。
一般设计遵循技术规范分为3个层次, 第一层次为国家标准, 第二层次为行业标准, 第三层次为地方标准。其中以国家标准层次最高, 要求最低, 必须满足;地方标准层次最低, 但要求最高。从表1计算结果看, 作为国标的《建规》计算结果最小, 作为行业标准的《岩规》、《公规》计算结果较大, 其中《公规》计算结果最大。以上都符合技术规范的层次要求。
《建规》适用范围为:30 m以下的岩质及15 m以下的非软土类建筑及市政工程边坡。计算原则及计算方法按GB 50068—2001《建筑结构设计统一标准》的基本原则及概率极限状态法。岩土体与锚固体的黏结强度采用特征值, 由黏结强度标准值折算。《公规》规范适用范围为土质路堑边坡高度≤20 m、岩质路堑边坡高度≤30 m新建、改建公路的路基设计, 包括防护支挡加固设施。总体来说, 《建规》适应的工程对象一般在改造程度较高的市镇、中心区;《公规》适应的工程一般在改造程度较低的野外, 位置分散, 自然条件较差。
3 建议
从设计角度, 不同行业间有各自不同的要求 (工程环境、设计年限、施工水平、动荷载、变形、养护条件等) , 但同一层次规范差别不宜过大。采用任一体系标准计算所得结果差异过大, 可能导致设计的不严谨。目前各行业现行规范在锚固设计方法上存在各自为阵, 混用设计值、标准值、特征值等, 术语定义不准确情况, 极易造成设计人员的误解, 其结果要么造成浪费, 要么影响工程的安全性。不同行业规范计算的内锚固长度差异较大, 反映出不同行业对岩土锚固安全度认识上的差异, 建议有关部门在以后修订规范时, 能考虑上述问题, 尽量缩小差异, 以便使规范更好地服务设计[1]。
计算锚固体长度公式中重要力学参数是黏结强度, 各类文献提供的表格中仅仅是岩石名称和黏结强度的对应, 对于黏结强度的试验方法、注浆体强度、岩体强度和结构等都不得而知。现场试验法比较符合工程的实际情况[2]。因此, 在岩土锚杆 (索) 设计中, 进行基本试验 (破坏性试验, 要求锚固体与地层间首先破坏, 确定锚固体与岩土层黏结强度特征值或极限承载力标准值、锚杆设计参数和施工工艺) 意义重大, 对重要工程应进行基本试验, 取得可靠参数, 保证工程安全。
目前, GB 50330—2013《建筑边坡工程技术规范》 (2014-06-01实施) 已对原规范进行修订:将锚杆有关计算由原规范的概率极限状态法转换为安全系数法, 与国家现行岩土工程类标准基本保持一致, 将地层与锚固体间黏结强度特征值由黏结强度极限标准值替代, 并对不同安全等级对应的安全系数进行规定。
4 结语
经过规范间的对比分析, 找出差异原因, 确保预应力锚杆 (索) 挡墙工程结构的安全。设计中预应力锚杆 (索) 避开现状和规划管线, 将锚杆长度控制在用地红线内, 结合规划对周边项目开发提出保护内锚头锚固体的措施和要求, 为以后城市中的类似工程积累经验。该工程已建成运营数年, 运行情况良好。
摘要：介绍城市中采用预应力锚固技术进行支挡设计的方法, 阐述该技术的优势和在城市环境中的受限条件。以青岛胶州湾海底隧道连接线洞口接地段实际工程为例, 发现采用不同现行规范得出的锚杆 (索) 锚固体与地层的锚固长度计算结果有较大差异, 分析、比较其原因, 着重从设计、试验角度, 区分锚固体与岩土层间黏结强度特征值与极限承载力标准值, 提出合理控制安全系数、锚固体长度, 加强基本试验的建议。
关键词：锚杆,预应力锚固技术,市政工程,黏结强度特征值,极限承载力标准值
参考文献
[1]邹德兵, 刘麟.内锚固段长度计算公式比较研究[J].人民长江, 2012, 43 (5) :32-35.
预应力索 篇7
在当前的建设施工应用中, 玻璃幕墙的使用非常广泛, 它不仅有着丰富的造型, 而且形式各式各样。从我国的应用状况分析来看, 我国玻璃幕墙的结构采用预应力索桁架点支式玻璃幕墙非常多, 而且取得了很多成效。本文正是在笔者的工程实践基础上, 分析了预应力索桁架本质, 并对该构造在施工中的难点与重点、主要的工艺流程进行了探讨。
预应力索桁架点支式玻璃幕墙通过点支承将围护玻璃与支承结构结合在一起, 相对于有框玻璃具有结构轻盈通透、结构轻巧, 承载力强、造型新颖美观等优点, 是一种集建筑、结构、功能、艺术于一体的新型幕墙结构, 因此备受国内外建筑师的青睐, 正越来越多的应用在国内城市标志性建筑中。但是该结构科技含量极高, 对设计、施工、工艺以及材料都有着极高的要求, 任何一个方面出现差错都不能确保工程的质量。为此, 本文以预应力索桁架点支式弧形玻璃幕墙工程实例为例, 将其设计和施工中的一些难点以及施工的工艺等要求进行了详细介绍说明, 对预应力索桁架的推广和使用提供一定的帮助。
2 预应力索桁架本质
点式玻璃幕墙预应力索桁架属于张拉整体结构中的一种。拉索和压杆通过不同的组合形式构成的机构, 该机构可应自我完成应力平衡, 称作张拉整体结构。压杆在实际应用时也可以是连续的, 而这种结构在有些条件下效率更高。因此, 通常也将各种张拉整体结构一同称作索杆张力结构。索桁架结构主要由竖索、两条斜索、短硬杆和长硬杆以及连接部件连接索与索、索与硬杆等部分组成, 其中还包括索桁架和玻璃幕墙之间的X型驳接头。
3 工程施工难点与重点
以某地一工程为例, 幕墙面积达5.2万m2, 该建筑物的中部是一个直径为56m、高34m的圆柱形玻璃体构成的服务大厅, 600多片钢化夹胶玻璃构成了整个玻璃体的曲面。经预张拉的Φ20mm的不锈钢铰线组成了整个悬索桁架机构, 圆柱顶部的排烟窗是有异形钢化夹玻璃和钢化夹胶玻璃组成, 其投影面积为1586m2。整个工程所使用的玻璃总重量达247t。相对来说整个工程的工作量比较大, 因此存在下面几个难点与重点:
(1) 预应力索桁架在形式上是一种柔性结构, 因此要对不锈钢拉索加载预应力。在索桁架形状确定后, 加载预应力的大小和预应力的均衡决定了整个机构支撑刚度的大小, 也决定了每榀索桁架刚度的一致性。在索结构还没承受荷载之前, 结构的几何形状与图纸的一致性、索中预应力值的大小以及悬索桁架的空间定位和均衡施加预应力都是本工程的施工难点。
(2) 大厅的圆柱形玻璃幕墙是由多片不同曲率的曲面玻璃组成, 由于机构的安装对每个支撑点的尺寸精度要求较高, 对玻璃的形状和尺寸等误差要求的控制范围较细, 加大了整个工程中的玻璃空间对位安装难度, 因此, 施工中的尺度精度是否满足设计要求直接决定着整个施工的成败。
(3) 预应力索桁架结构与设计布置。由于大厅是对外服务办公活动场地, 是展现当地形象的一面窗口, 在索桁架结构的形体语言与工程的主题相协调, 因此我们选用了国内较少使用的丫形多跨竖向连续受力拉索结构体系 (如图1中的第一个图) , 这种结构形式积极向上, 符合整个建筑的特点。
(4) 主材的选用。选定钢索直径时不但要确保其能承受50年一遇的最大荷载, 还要考虑视觉及心理感受的影响。在本工程中选用1×37Φ20不锈钢绞线的主受力索 (前受力索和后受力索) 和承重索, 其最小破断力为21k N, 弹性模量E=1.54×105N/mm2, 选用1Crl8Ni9奥氏体不锈钢作为撑杆、悬空杆及驳接系统的材料。玻璃采用圆弧形曲面弯钢化夹胶透明玻璃, 其透光率、紫外线阻隔率以及隔音效果都非常理想。
4 重点施工工艺介绍
整个施工过程对施工工艺的要求极高, 这也直接关系到整个工程质量的好坏, 因此, 必须严格按照要求执行。首先是对测量放线空间以确保空间的准确定位, 这是一个工程的基础, 然后再确定尺寸精度控制单元以保证整个工程的精度控制, 精度控制单元确定后就可以进行连接耳板、安装固定撑杆的工作, 完成以后就可以进行拉索机构系统的安装定位调整, 这其中要进行拉索的预张拉, 还要对整个机构的定位进行准确调整, 以便确保安装精度, 这是整个工程中最重要的工作。随后就可以对驳接系统进行安装调整, 接着就是玻璃安装, 打胶收口和最后的整理清洁工作, 这些完成后就可以进行工程的交验了。下文将详细对这些流程进行介绍:
4.1 测量放线
由于受到各种外界因素的影响, 现实中土建结构的实际尺寸与理想的设计尺寸经常存在一定的偏差, 所以必须要在幕墙安装之前对土建结构进行实地测量, 将测量的数据作为安装幕墙和玻璃实际分块尺寸的依据。测量放线的关键是幕墙的分格和标高。首先根据图纸对结构进行水平和垂直测量, 以便确定幕墙施工控制线。然后依据板块布置图作好控制钢线, 得出板块分割线。最后, 调整实际放线与设计图之间的误差以保证加工制作出的符合实际需要的幕墙。
4.2 尺寸精度控制单元的确定
预应力索桁架的尺寸安装精度要求较高, 这是因为幕墙玻璃是通过驳接系统穿过边缘的4个孔与索桁架固定到一起, 因此索桁架上的每个支撑定位点的误差要保证控制在±5mm以内。每个支撑点, 水平和竖向尺寸精度误差控制在±3mm以内, 对角线误差控制在±5mm以内。
4.3 耳座、驳接座的焊接
焊接前要对误差进行调整保证空间的精确定位。耳座、驳接座都是整个支承结构的主要受力部位, 所以焊接质量要严格控制以满足设计要求。另外, 焊接完成后要对焊缝进行检测以达到施工要求, 还要注意到焊接的后处理。
4.4 拉索结构系统的安装
为了消除拉索受初始拉力时的非弹性变形, 在下料前必须要对拉索进行预张拉处理。首先安装垂直承重索, 并将预应力值一次施加到位, 然后安装受力索, 要保证前后受力索在一端同时张拉, 主要分以下几步进行:
(1) 按总预拉力值的20%进行第一级张拉。
(2) 空间定位后按总预应力值的80%进行二级张拉, 然后保持拉力48h并且粗调悬空杆的位置, 最后再调整定位尺寸。
(3) 测量内力稳定后的桁架内力损失, 根据这个数值去进行超张拉, 并保持12h。
(4) 超张拉内力稳定后再将内力放松至100%的预拉力, 只有确保每一榀索桁架的内力都已经满足预张拉值后, 才可以将节点和垂直承重索连接锁紧。
预张拉完成后再进行拉索下料和压套组装, 一般要求比先前设计长度多出1~3mm。压套组装完毕, 进行横、竖向拉索与悬空杆的安装及调整, 一般施工时都是按照先上后下, 先竖后横的安装原则。首先安装竖向拉索, 然后逐层将竖向拉索、悬空杆初步调整到位, 最后连接横向拉索, 待整个结构组装完成后, 按尺寸控制单元和以下调整方法精确调整索结构形状、悬空杆、索中预应力。
(1) 调整悬空杆。依次核准悬空杆的中心位置以保证所有的悬空杆前端与玻璃平面的一致性。
(2) 调整索结构形状和预应力值。如果索结构形状不到位就会严重影响到下道工序的施工, 所以要对索结构进行以形状为主、应力为辅的张拉控制措施, 当然这还要保证索力的误差控制在结构安全度范围之内。对索的长短及预应力通过拉索的端头锚固处的调节螺栓进行调节, 所以一般采用反复张拉、逐步到位的施工工艺对预应力施工进行控制, 即用扭力扳手对索结构形状进行3~4次反复的微调, 就可得到满足设计要求的形状和预应力控制值。
(3) 检测索桁架。要对经历过预张拉后的索桁, 按照尺寸控制精度单元进行进一步的精度检测, 以保证安装节点的精度满足要求。同时, 还要使用扭力扳手对索内预拉力值进行100%检测, 并进行登记备案。
4.5 驳接系统的安装
由驳接座、驳接爪、驳接头构成得驳接系统是整个点支式玻璃幕墙安装的核心部件, 它决定着玻璃安装定位和幕墙变形补偿等一系列的功能, 下面将对驳接爪安装、调整以及驳接头安装进行详细分析。
(1) 安装驳接爪。安装时, 应将驳接爪与驳接座的连接螺杆拧紧, 有时需要加长的连接螺杆来调整驳接爪的空间位置, 以确保吃紧驳接座, 这能有效的防止驳接爪安装和使用过程中发生松动、坠落。
(2) 调整驳接爪。索结构安装节点空间位置受各种因素的影响会导致误差存在, 所以在驳接爪初步安装就位后, 需要仔细检查每个控制单元和玻璃的定位尺寸, 利用全方位拉细钢丝对每个驳接点进行偏差检查, 同时还要校正每个驳接爪的定位尺寸, 以保证驳接爪的各项安装偏差都能够满足技术规程要求。
(3) 安装驳接头。驳接头和玻璃是同时进行安装的。首先将透明胶涂布在玻璃孔周边和驳接头胶垫上, 然后将驳接头安装在玻璃孔上并保证锁紧, 等到璃安装到位后再连接驳接头的尾部与驳接爪并锁紧。要保证驳接头各部件之间紧密黏贴, 保持面接触, 同时锁紧力度不要用力过大, 以免造成玻璃的早期破坏。在安装过程中如发现驳接头安装长度不足, 应及时更换加长的驳接头。
4.6 玻璃安装与注胶
安装玻璃前先主动检查一下驳接爪孔位的标高、分格尺寸是否满足初期的设计要求, 相邻驳接爪的平面误差是否再驳接头的可调节范围之内, 发现较大的偏差要及时处理。安装玻璃时, 应预先将驳接头与玻璃在安装平台上装配好, 然后调整玻璃各个角的平面度, 要保证玻璃水平偏差满足设计标准后才可以加螺母固定。
为保证注胶效果, 在注胶前要用二甲苯清洗玻璃缝处的污渍, 待风干后再用设计规定牌号硅酮胶进行注胶;为了保证胶缝嵌填密实, 注胶时最好采用双人里外同步、匀速按照同样的次序和方法进行注胶。注胶完成后进行刮胶, 这一过程中如果发现局部打胶缺陷, 要先切除清理干净以后再进行补胶。整个幕墙安装完成后, 用中性清洁剂采用自上而下的方法清洗幕墙及外露件。清洗之前一定要确保中性清洁剂对不锈钢爪和玻璃没用腐蚀作用。
5 总结
综上所述, 预应力索桁架点支式弧形玻璃幕墙的建筑内外结构轻颖, 通透性好, 技术含量高, 是当今应用最多的新型幕墙结构形式。但是对它的受力分析比较复杂, 工艺要求也比较高。因此必须针对这些特点和难点, 制订并执行严格的技术控制措施, 才能确保工程正常进行, 同时大胆创新, 仔细研究, 才能获得良好效果。笔者相信随着科技的发展, 这种结构形式会越来越多的应用在各种场合。
摘要：随着经济和社会的发展, 玻璃幕墙在建筑中的应用越来越广泛, 其造型丰富, 形式多样, 尤其是随着预应力索桁架点支式玻璃幕墙的应用, 更是取得了一系列良好的效果。基于此, 本文结合工程实例详细分析了预应力索桁架本质和该构造在施工中的难点与重点, 同时介绍了主要的工艺流程, 阐述了玻璃幕墙安装定位与控制方法, 最后对全文进行了认真总结, 希望对此方面的设计施工人员能够起到一定的参考作用。
关键词：预应力索桁架,点支式弧形玻璃幕墙,施工技术
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