CN105781126B - 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
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 (4)
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;
3)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;
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。
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