CN105781126A - 一种张弦结构被动建立预应力施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑钢结构技术领域，主要公开了一种张弦结构被动建立预应力施工方法。具体实施步骤如下：1、在张弦刚性梁与张弦撑杆交点处，采用千斤顶反顶，使刚性梁反拱；2、调整张弦撑杆垂直度，调直、预紧钢拉杆；3、卸载千斤顶，刚性梁回弹使钢拉杆张紧，从而为钢拉建立预应力。钢拉杆预应力值由设计指定，千斤顶反顶力、反顶位移和钢拉杆预紧力值由张拉模拟计算确定。采用该方法建立预应力，操作简便，内力转换高效，张弦结构成型效果好。

Description

一种张弦结构被动建立预应力施工方法
技术领域
本发明属于建筑钢结构技术领域，主要公开了一种张弦结构被动建立预应力施工方法。
背景技术
随着我国经济水平的提高，商务、旅行客流量增大，飞机作为输送客流最快捷的交通工具，发挥着日益重要的作用。因此，大批大型民用机场需要扩建、新建。因机场等公共建筑对大跨、大空间的需求，在结构选型时，对结构的跨越能力提出较高要求。张弦结构以其跨越能力强、自重轻、外观轻巧、美观，越来越受设计师青睐，因而得以广泛应用于空间结构中。
众所周知，预应力结构施工时，需强迫施加预应力，使其内力和位形满足设计要求。对于张弦结构，尤其是多根弦杆的张弦结构，如何找到一种能够保证多根弦杆成型内力均匀，撑杆垂直对中的施工方法，成为钢结构施工界共同面对的难题。
常规预应力施工方法：1、在张弦拉杆端部采用穿芯式千斤顶主动张拉柔性弦杆；2、若为钢拉杆，也可采用扭矩法、转角法施工。
常规方法的缺陷：1、主动张拉法工序繁琐、工装设备复杂，成本高；2、扭矩法和转角法仅适用于钢拉杆预紧，且预紧力有限。3、两种方法都需要对称作业，多次调整，很难保证钢拉杆内力成型同步。
鉴于以上情况，本发明人根据理论分析和实际经验，设计并经实际工程的检验，提供一种张弦结构被动建立预应力施工方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种效率高，精度有保证，操作简便可行的张弦结构被动建立预应力施工方法。
为实现上述目的，本发明的具体技术方案为：一种张弦结构被动建立预应力施工方法，包括如下步骤：
1）在张弦刚性梁与张弦撑杆交点处，采用千斤顶反顶，使刚性梁反拱；反顶力、反顶位移满足计算要求。
2）调整张弦撑杆垂直度，使其居中、垂直，消除因张弦撑杆位置偏差引起的杆体内力不均匀，保证成型态位形满足要求。调直钢拉杆，消除自重作用下初始变形对成型内力的影响。预紧钢拉杆，消除螺纹间隙，消除销轴与孔壁间隙，从而消除钢拉杆建立预应力时，因初始间隙存在对预应力造成的损失。
3）逐级卸载千斤顶，刚性梁回弹使钢拉杆张紧，从而为钢拉杆均匀建立预应力。
4）测量钢拉杆内力，若出现钢拉杆内力不足或超张拉，只需重复步骤1-3或反向操作，即可使钢拉杆成型内力满足要求。
所述步骤1）中，千斤顶反顶之前，张弦结构与周边结构已连成整体，刚性梁、张弦撑杆、钢拉杆安装完毕。
所述步骤1）中，反顶力、反顶位移根据最终成型内力要求，采用有限元分析软件进行张拉施工模拟，迭代计算求出。
所述步骤1）中，千斤顶应可显示压力值。千斤顶应放置在可靠的临时支撑上，千斤顶上部应设置垫块，避免刚性梁局部受压，刚性梁对应位置增设加劲肋。反顶力、反顶位移均不小于计算值。
进一步，所述步骤1）中，其特征在于通过反顶，刚性梁反拱，反拱量，根据三角形几何关系，钢拉杆两端节点的距离缩短。
所述步骤2）中，调整张弦撑杆垂直度时，采用全站仪测量三维坐标，保证撑杆对中、垂直。采用手拉葫芦调直钢拉杆，同时调节套筒，使钢拉杆几何长度缩短，消除自重作用下初始变形对成型内力的影响。预紧钢拉杆，消除螺纹间隙、销轴与孔壁间隙，从而消除钢拉杆建立预应力时，因初始间隙存在对预应力造成的损失。
所述步骤3）中，预紧完毕后，千斤顶逐级降压卸载，刚性梁回弹，由于钢拉杆的长度已经固定，千斤顶的卸载过程也是钢拉杆的加载过程，从而为钢拉杆被动建立预应力。
另外，一个结构体系中，若有多个并联式张弦梁结构，反顶、调直、预紧完成后，可在临时支撑与刚性梁之间加塞垫块，抽出千斤顶。同理对所有张弦梁进行反顶、调直、预紧。最后整体卸载，一次性为所有张弦梁建立预应力，从而消除施工顺序对成型内力的影响。
另外，若张弦结构为多撑杆形式，根据计算分析，可在一榀张弦结构中设置多个反顶点，同理对张弦结构被动建立预应力。
与现有技术相比，本发明具有诸多优点与收益效果：
一、受力合理、内力转换高效
通过反顶使刚性梁在弹性范围内反拱，再预紧钢拉杆，依靠刚性梁弹性回弹，为钢拉杆被动建立预应力，预应力建立过程同步、均匀性好。通常只需较小的反顶力就可以为钢拉杆建立较大的预应力，内力转换高效。
二、过程可控、调节便利
反顶过程中，采用数显式液压千斤顶，精确控制反顶力；采用刻度尺精确控制反顶位移；预应力建立过程准确可控。若出现张拉力不足或超张拉，只需重复操作或反向操作，即可达到目标值，调节便利。
三、措施简单、操作便利
施工器具主要为千斤顶，反力架可利用既有拼装支撑架，临时措施常规、简单。对施工空间和临时措施工装要求低，操作便利。
四、经济性好
施工速度快，投入人力、措施量小，且措施可循环利用；克服传统预应力施工对专业单位、特殊工种的依赖；保证了工程的顺利实施，值得推广。
说明书附图
图1是本发明实施项目的平面布置图；
图2是被动建立预应力施工示意图；
图3是张弦结构剖面图；
图4是被动建立预应力原理示意图；
图5是钢拉杆调直施工示意图；
图6是钢拉杆预紧施工示意图；
图7是张弦结构卸载前状态示意图。
具体实施方式
本发明的实施如图1-7所示，对具体实施方式做进一步详细说明。
如图1-7所示的一种X形交叉张弦结构被动建立预应力施工方法是本发明实施实例之一。如图1所示，某机场航站楼钢屋盖面积30000㎡，钢屋盖在中部设置大型天窗，将屋盖分成左右对称两区。中部天窗采用复合三角星形张弦梁形式。张弦梁由上弦刚体、下弦钢拉杆及其之间的撑杆构成。张弦天窗长115m，跨度18m-36m，共13榀，并排布置，张弦立杆高度2.5m-3m。每根钢拉杆均在跨中设置一个调节套筒。张弦天窗与两边网架结构铰接连接，钢拉杆两端节点为销轴节点张弦撑杆与刚性梁之间设置球铰节点。
施工时，屋盖网架、封边桁架和张弦天窗在楼面拼装，拼装成整体后对天窗张弦结构建立预应力，最后整体提升到设计位置。
对张弦结构被动建立预应力，详细步骤如下：
（1）计算分析
建立整体结构模型，根据总体施工方案，遵循被动建立预应力方法，以设计指定的钢拉杆成型内力为目标值，采用有限元分析软件进行张拉施工模拟，迭代计算求出各X形张弦梁反顶力、反顶位移。
根据计算出的反顶力、反顶位移，设计支撑架，选择液压千斤顶规格。
（2）拼装
如图2、图3所示，张弦刚性梁1与张弦立杆2交点下方设置支撑架3，支撑架与刚性梁之间预留放置千斤顶4的空间。该支撑架在拼装阶段作为张弦桁架支撑架，在建立预应力阶段作为千斤顶反力架。
拼装屋盖网架5、封边桁架6和中部张弦天窗结构；刚性梁、张弦立杆、张弦拉杆组成整体；并将天窗结构与两侧网架、封边桁架连成整体。
（2）反顶
如图2所示，采用两台液压千斤顶，对称放置，同步反顶。千斤顶放置在临时支撑上，千斤顶上部设置垫块7，避免刚性梁局部受压，刚性梁对应位置增设加劲肋8。反顶过程以力控为主，即反顶力不小于计算值；反顶位移为辅助控制手段，用于校核、验证反顶力的正确性。
（3）调直、预紧
如图4、图5所示，在钢拉杆三分之一分段点，悬挂手拉葫芦9；在钢拉杆调节套筒10上用开口扳钳11，旋转套筒。首先使张弦撑杆垂直度、对中，并采用全站仪进行三维测量。继续利用手拉葫芦和旋转调节套筒调直钢拉杆，使钢拉杆几何长度缩短。最后对称预紧钢拉杆，预紧力由张拉施工模拟确定。钢拉杆调直、预紧工作由两个班组对称作业，同步进行。
（4）卸载
如图6所示，反顶、调直、预紧完毕后，在支撑架与刚性梁之间采用临时支托12和薄钢板13垫实，抽出千斤顶。同理对下一个X形张弦梁反顶、调直、预紧，直至13个X形张弦梁全部完成。最后抽出垫块，卸载支撑架对张弦刚性梁的支撑，刚性梁回弹，从而为所有钢拉杆施加预应力。
（7）测量
卸载完毕后，测量钢拉杆的内力，若出现超张拉或张拉不足，可重复前述步骤或反向操作，直至内力满足要求。
上述实施例仅用于解释说明本发明的构思，而非本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性改动，比如张弦桁架为普通平面桁架、张弦撑杆为多根、张弦桁架的柔性部分为钢索等，均应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种张弦结构被动建立预应力施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在张弦刚性梁与张弦撑杆交点处，采用千斤顶反顶，使刚性梁反拱，反顶力、反顶位移满足设计要求；
2）调整张弦撑杆垂直度，使其居中、垂直，消除因张弦撑杆位置偏差引起的杆体内力不均匀，保证成型态位形满足要求；调直钢拉杆，消除自重作用下初始变形对成型内力的影响；预紧钢拉杆，消除螺纹间隙、销轴与孔壁间隙，从而消除钢拉杆建立预应力时，因初始间隙存在对预应力造成的损失；
3）逐级卸载千斤顶，刚性梁回弹使钢拉杆张紧，从而为钢拉杆建立预应力；
4）测量钢拉杆内力，若出现钢拉杆内力不足或超张拉，只需重复步骤1-3或反向操作，即可使钢拉杆成型内力满足要求。
2.如权利要求1所述的一种张弦结构被动建立预应力施工方法，其特征在于：所述的步骤1）中，千斤顶反顶之前，张弦结构与周边结构已连成整体，刚性梁、张弦撑杆、钢拉杆安装完毕。
3.如权利要求1所述的一种张弦结构被动建立预应力施工方法，其特征在于：所述的步骤1）中，反顶力、反顶位移根据最终成型内力要求，采用有限元分析软件进行张拉施工模拟，迭代计算求出。
4.如权利要求1所述的一种张弦结构被动建立预应力施工方法，其特征在于：所述的步骤1）中，千斤顶应可显示压力值；千斤顶应放置在可靠的临时支撑上；反顶力、反顶位移均不小于计算值。
5.如权利要求1所述的一种张弦结构被动建立预应力施工方法，其特征在于：所述的步骤2）中，调整张弦撑杆垂直度时，采用全站仪测量三维坐标，保证撑杆对中、垂直；采用手拉葫芦调直钢拉杆，消除自重作用下初始变形对成型内力的影响，同时调节套筒，使钢拉杆几何长度缩短；预紧钢拉杆，消除螺纹间隙，消除销轴与孔壁间隙，从而消除钢拉杆建立预应力时，因初始间隙存在对预应力造成的损失。
6.如权利要求1所述的一种张弦结构被动建立预应力施工方法，其特征在于：所述的步骤3）中，预紧完毕后，千斤顶逐级降压卸载，刚性梁回弹，由于钢拉杆的长度已经固定，千斤顶的卸载过程也是钢拉杆的加载过程，从而钢拉杆被动建立预应力。
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