CN110565875A - 一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法；本方法的操作步骤为：采用有限元软件对装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程进行数值模拟分析；装配式大跨径木质张弦梁结构精确下料与加工；地面搭设支撑胎架和操作平台；将张弦梁吊装至支撑胎架(并做好侧向支撑)；铺放钢拉索；安装拉索索头和索夹节点；进行拉索拉力张拉；装配式大跨径木质张弦梁结构吊装安装就位；本发明实现了装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程体系施工过程的可预见性、可控性，保证了施工过程的结构安全，使压弯构件和抗拉构件取长补短，协同工作，达到自平衡，提高体系的刚度和稳定性，使施工完成态符合设计要求。

Description

一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法

技术领域

本发明属于装配式木结构施工技术领域，具体涉及一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法。

背景技术

随着社会、科学技术的进步和经济的高速发展，近十年来我国建造了很多大型场馆，其造型更是各具特色且赋予一定的寓意。在这些大型场馆中，大跨径张弦梁结构体系凭借高效、经济、美观的结构特点得到了广泛应用。装配式木结构是国家大力发展的一种结构形式，其中装配式胶合木张弦梁结构以其优良的结构性能得到发展，因此装配式大跨径木质张弦梁结构体系是一种大有可为的新型结构体系。

但是装配式大跨径木质张弦梁结构对安装施工有特殊的要求，木结构张弦梁相对于钢结构张弦梁而言，具有刚度柔、抗侧刚度差等特点，特别应用于大跨度结构中，施工过程中及其容易出现整体稳定性偏弱及结构构件横向失稳现象。

针对上述技术问题，故需要进行改进。

发明内容

本发明目的在于一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，以对结构在各种外荷载条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析，保证每一步张拉能同时同步进行，从而有效的控制预应力张拉造成的相互影响，控制施工中张拉过程的偏差，保证张拉质量和施工安全。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，包括以下步骤：

(1)采用有限元软件对装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程进行数值模拟分析，根据装配式大跨径木质张弦梁的材料属性确定木质张弦梁本构关系如图5所示；

式中：σ_ten-yield—受拉屈服应力，ε_ten-yield—受拉屈服应变值，ε_ten-max—受拉极限应变值；

σ_com-yield—受压屈服应力，ε_com-yield—受压屈服应变值，ε_com-max—受压极限应变值；

E_tan-ten—拉伸切线模量，E_tan-com—压缩切线模量

根据索单元受力特性，定义只能传递单元的轴向拉力索单元，建立非线性索单元和其他结构单元模型；根据装配式大跨径木质张弦梁结构加工和放样状态输入拉索单元的初拉力；定义非线性分析控制数据；根据施工过程索单元分批张拉时间、顺序和加载程序，定义非线性分析荷载工况；模拟装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程数值分析过程。根据计算结果，及时调整施工方案，通过采用合理的施工工艺和施工技术控制拉索应力和位移的变化；

(2)装配式大跨径木质张弦梁结构精确下料与加工，主要是对装配式大跨径木质张弦梁的木梁段进行深化设计和精确加工，并做好成品保护运输至施工现场；

(3)地面搭设支撑胎架和操作平台；主要是吊装前需搭设满堂脚手架及上弦梁跨中支撑胎架，胎架搭设标高按张弦梁下弦标高现场放样搭设，搭设满堂钢管脚手架，为提高安装中桁架上弦的稳定性，在上弦梁底设计标高位置搭设胎架至梁底。同时，为便于主梁钢支撑及拉索张拉提供操作平台，在主梁下方标高处满铺设木板形成工作平台。

(4)将张弦梁吊装至支撑胎架(并做好侧向支撑)。主要是为确保安全起吊前要预先绑好缆风绳，便于起吊和落吊时的构件摆动牵引控制，张弦梁吊装顺序，可根据现场塔吊位置，先远后近的顺序吊装每组张弦梁，每组张弦梁吊装采用分件吊装的方法，先从单组远的一端依次吊装在定位胎架上，随吊随调整，然后进行临时固定。

(5)铺放钢拉索。主要是安装撑杆，时结构形成一定的抗侧向刚度，铺放钢拉索并安装拉索索头和索夹节点；根据每根拉索的具体位置，将拉索吊装到脚手架平面。预应力拉索进场时成盘放置，所以必须将拉索根据张拉端、固定端的具体位置顺直铺放。

(6)安装拉索索头和索夹节点；根据索体表面的标记，确定索夹与拉索相连的位置，将索体与索夹固定连接。索头与锚固节点连接，并预紧拉索。

(7)进行拉索拉力张拉。每榀张弦梁共四组拉索一两组拉索二，施加预应力时先自支座向跨中对称张拉拉索一，每次张拉两组，每榀共两次张拉完成；然后同步张拉拉索二，所有预应力索均为一端固定单侧张拉。根据现场施工工艺顺序及设计要求，通过施工模拟分析得出每榀张弦桁架张拉施工时的控制索力及单榀桁架张拉时对周边桁架的索力影响，为保证张拉同步分6级张拉，0→25％→20％～30％→85％→95％→100％，最后超张拉到105％。

(8)装配式大跨径木质张弦梁结构吊装安装就位。

本发明的有益效果是：

1.装配式大跨径木质张弦梁结构的利用，减少钢筋混凝土、钢结构等消耗性材料的投入使用，推崇木结构等材料的周转使用，深植绿色理念；

2.可以对装配式大跨径木质张弦梁结构在各种外荷载条件下的受力、变形、稳定性及各种动力特性做出全面分析，保证每一步张拉能同时同步进行，从而有效的控制预张拉造成的相互影响，控制施工中张拉过程的偏差，保证张拉质量和施工安全；

3.优选了装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程施工方案，节约了过程中纠偏的时间和支出，如果不进行仿真计算，就不能确定施工方案能够达到预期的结构形状和索力。这样会造成施工盲目性，以及施工完成态的不可预见性。施工过程中如果出现了较大偏差，就会导致增加纠偏工作量，以致增加成本和拖延工期。

4.指导了装配式大跨径木质张弦梁结构深化设计，避免材料浪费及保证建筑效果。进行仿真计算，避免了不合理起拱值造成材料的浪费，节约了造价。通过数值仿真及监控，保证了建筑外形符合设计要求，也确保了建筑功能，创造了精品工程，增加了社会效益。

5.与背景技术相比，本发明对装配式大跨径木质张弦梁结构的设计施工有着重要的实践和理论意义，具有广阔的工程应用背景。

附图说明

图1是本发明实施例装配式大跨径木质张弦梁结构的整体示意图；

图2是本发明实施例流程图；

图3是本发明实施例有限元计算模型；

图4是本发明实施例地面搭设支撑胎架和操作平台的立面图；

图5是本发明实施例中建立木结构的本构关系图；

图中附图标记：张弦梁段1，支座2，拉索一3，牛腿4，连接板5，拉索二6，脚手架7，木板8，上弦梁跨中支撑胎架9，装配式大跨径木质张弦梁结构100。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

实施例：

如图1所示，本发明专利中的装配式大跨径木质张弦梁结构的整体示意图。装配式胶合木张弦梁结构的梁端通过木张弦梁段拼接而成，本图示意中每组张弦梁梁端由6个胶合木张弦梁结构的梁端组合而成，实现张弦梁的装配，从而形成大跨径装配式胶合木张弦梁结构。在施工过程中，首先施工如图所示的牛腿4，通过牛腿焊接成品单向活动盆式橡胶支座或固定盆式橡胶支座采用焊接连接为整体。张弦梁段1与支座2通过销轴连接而成，另外一端张弦梁段1一端通过普通螺栓通过连接板5连接而成；拉索一3与支座连接板通过销轴连接为整体。

如图2所示，本发明提供了一种装配式大跨径木质张弦梁结构施工吊装过流程，包括：

步骤一：采用有限元软件对装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程进行数值模拟分析；

步骤二：装配式大跨径木质张弦梁结构精确下料与加工；

步骤三：地面搭设支撑胎架和操作平台；

步骤四：将张弦梁吊装至支撑胎架(并做好侧向支撑)；

步骤五：铺放钢拉索；

步骤六：安装拉索索头和索夹节点；

步骤七：进行拉索拉力张拉；

步骤八：装配式大跨径木质张弦梁结构吊装安装就位。

如图3和图5所示，通过有限元模型进行分析后，分析结果如图所示。

采用有限元软件对装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程进行数值模拟分析，根据装配式大跨径木质张弦梁的材料属性确定木质张弦梁本构关系如图5所示；

式中：σ_ten-yield—受拉屈服应力，ε_ten-yield—受拉屈服应变值，ε_ten-max—受拉极限应变值；

σ_com-yield—受压屈服应力，ε_com-yield—受压屈服应变值，ε_com-max—受压极限应变值；

E_tan-ten—拉伸切线模量，E_tan-com—压缩切线模量

如图4所示，为地面搭设支撑胎架和操作平台的立面图；施工先将所有木构件吊装至原位安装定位，再进行后续安装及张拉；吊装前需搭设满堂脚手架7及上弦梁跨中支撑胎架9。胎架搭设标高按图纸梁底设计标高现场放样搭设；如图所示，自地面至13.55m标高位置，搭设满堂脚手架，为提高安装中桁架上弦的稳定性，在上弦梁底设计标高位置搭设胎架至梁底。同时，为便于主梁钢支撑及拉索张拉提供操作平台，在主梁下方13.55m标高处满铺设木板8 形成工作平台。

为地面搭设支撑胎架和操作平台后，进行铺放钢拉索和安装拉索索头和索夹节点。

进行拉索拉力张拉，张拉方式为每榀张弦梁共四组拉索一3两组拉索二6；施加预应力时先自支座向跨中对称张拉拉索一3，每次张拉两组，每榀共两次张拉完成；然后同步张拉拉索二6；所有预应力索均为一端固定单侧张拉。张拉控制索力与张拉同步：根据现场施工工艺顺序及设计要求，通过施工模拟分析得出每榀张弦桁架张拉施工时的控制索力及单榀桁架张拉时对周边桁架的索力影响(如下表所示)；为保证张拉同步分6级张拉，0→25％→20％～ 30％→85％→95％→100％，最后超张拉到105％。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：张弦梁段1，支座2，拉索一3，牛腿4，连接板5，拉索二6，脚手架7，木板8，上弦梁跨中支撑胎架9，装配式大跨径木质张弦梁结构100 等术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (8)

1.一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：采用有限元软件对装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程进行数值模拟分析；

步骤二：装配式大跨径木质张弦梁结构精确下料与加工；

步骤三：地面搭设支撑胎架和操作平台；

步骤四：将张弦梁吊装至支撑胎架，并做好侧向支撑；

步骤五：铺放钢拉索；

步骤六：安装拉索索头和索夹节点；

步骤七：进行拉索拉力张拉；

步骤八：装配式大跨径木质张弦梁结构吊装安装就位。

2.根据权利要求1所述的一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于：在步骤一中采用有限元软件对装配式大跨径木质张弦梁结构施工过程进行数值模拟分析，主要根据的是索结构的几何非线性，采用不同的施工方案，其仿真运算的结果不同，体现了非线性结构的路径相关性。

3.根据权利要求2所述的一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于，步骤二中的装配式大跨径木质张弦梁结构精确下料与加工，主要是依据步骤一中的找形分析，对装配式大跨径木质张弦梁的木梁段进行深化设计和精确加工，并做好成品保护运输至施工现场。

4.根据权利要求1所述的一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于，步骤三中的地面搭设支撑胎架和操作平台，主要是吊装前需搭设满堂脚手架及上弦梁跨中支撑胎架，胎架搭设标高按图纸梁底设计标高现场放样搭设，为提高安装中桁架上弦的稳定性，在上弦梁底设计标高位置搭设胎架至梁底。

5.根据权利要求1所述的一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于，步骤四中将张弦梁吊装至支撑胎架，并做好侧向支撑，主要是张弦梁段吊装就位后进行对接调整校正，然后和金属连接件固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于，步骤五中，根据每根拉索的具体位置，将拉索吊装到脚手架平面。预应力拉索进场时成盘放置，所以必须将拉索根据张拉端、固定端的具体位置顺直铺放。

7.根据权利要求1所述的一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于，步骤六中，根据索体表面的标记，确定索夹与拉索相连的位置，将索体与索夹固定连接。索头与锚固节点连接，并预紧拉索。

8.根据权利要求1所述的一种装配式大跨径木质张弦梁结构吊装施工方法，其特征在于，步骤七中，进行拉索拉力张拉，主要是依据施工过程索单元分批张拉时间、顺序和加载程序进行分步骤张拉，保证张拉同步分6级张拉，0→25%→20%～30%→85%→95%→100%，最后超张拉到105%。