淺談懸索結(jié)構(gòu)施工

張鏡心

懸索結(jié)構(gòu)是以一系列受拉索作為主要受力構(gòu)件,并將其按一定規(guī)律排列組成各種形式的體系后,懸掛到相應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)上。該結(jié)構(gòu)只受拉不受壓,幾乎沒有抗彎能力。索一般采用由高強(qiáng)鋼絲組成的鋼絞線、鋼絲繩或鋼絲束,但也可采用圓鋼筋或帶狀的薄鋼板。懸索結(jié)構(gòu)通過索道軸向拉伸來抵抗外荷載作用,可以充分利用鋼材的強(qiáng)度。當(dāng)采用高強(qiáng)材料時(shí),更可以大大減輕結(jié)構(gòu)自重,因而懸索結(jié)構(gòu)可以較經(jīng)濟(jì)地跨越很大跨度。鋼絲繩在纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)中作為主承重索,提供滑車的運(yùn)行軌道和承擔(dān)所有荷載,是纜索吊機(jī)的主體結(jié)構(gòu)。

1 鋼索的錨固及其防護(hù)方法

1.1 鋼索的錨固

懸索結(jié)構(gòu)的鋼索需通過錨具錨固到支撐結(jié)構(gòu)上,設(shè)計(jì)、制作、選用和使用錨具時(shí),應(yīng)滿足以下幾項(xiàng)基本要求:1)安全可靠,即錨具本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度;2)鋼索在錨固時(shí)應(yīng)盡可能地減少滑移量,使其控制在6 mm以下,以減少預(yù)應(yīng)力損失;3)構(gòu)造簡單,便于機(jī)械加工制作;4)施工方便,材料節(jié)省,價(jià)格低廉[3]。不同的錨具需采用不同的張拉千斤頂及液壓設(shè)備,并有特定的張拉工序和細(xì)節(jié)要求?，F(xiàn)就幾種常用的錨具作一些簡要介紹。1)螺絲端桿錨具。螺絲端桿錨具即在鋼索兩端各焊接上一根螺絲端桿,套以螺帽及墊板而形成的一種簡單錨具。當(dāng)鋼索采用鋼筋時(shí),亦可在鋼筋兩端直接軋制螺紋,精制螺紋鋼筋可直接采用配套的螺帽及墊板。2)鐓頭錨具。鋼絲束鐓頭錨具是利用鋼絲的鐓粗頭來錨固預(yù)應(yīng)力鋼絲的一種支撐式錨具。3)JM系列錨具。JM12型錨具是我國研制的最早用于3根～7根直徑為12 mm的冷拉光圓Ⅳ級鋼筋或5根～6根直徑為12 mm的Ⅰ級鋼絞線的夾片式錨具,是一種摩擦型錨具。4)QM(OVM)錨具。QM型錨具可錨固鋼絞線或鋼絲束,錨具由錨板和夾片組成,分單孔和多孔兩類,可根據(jù)鋼絞線根數(shù)選用不同孔數(shù)的錨具。為方便施工,制作QM(OVM)錨具時(shí),將承壓板與擴(kuò)大喇叭孔一體化,用鑄鐵一次鑄成,并按照最不利的位置、最低強(qiáng)度等級的混凝土設(shè)計(jì)螺旋筋,不需另作局部承壓驗(yàn)算。5)地錨。當(dāng)懸索屋蓋不設(shè)閉合的邊緣構(gòu)件和支撐拱時(shí),必須通過拉索錨固在地基上。根據(jù)不同的地基條件和施工條件,可選擇下列各種地錨類型:a.重力型地錨;b.板式拉力基礎(chǔ);c.擋土墻式;d.樁式。另外,由于索系的拉力很大,因此對這種地錨的設(shè)計(jì)要特別注意。

1.2 拉索的防護(hù)方法

1)拉索鋼套管內(nèi)部的防護(hù)。鋼套管內(nèi)部填充聚氨酯發(fā)泡材料進(jìn)行密封防護(hù)處理。發(fā)泡材料為特制的聚醚與多次甲基多苯基、多異氰酸酯在鋼套管內(nèi)進(jìn)行聚合反應(yīng)后,自我膨脹而形成與鋼套管、錨箱內(nèi)管壁和索體表面結(jié)合緊密的聚氨酯泡沫塑料。該泡沫塑料具有質(zhì)量輕、不吸水、低導(dǎo)熱性、隔氣性好、韌性較好等特點(diǎn)。鋼套管內(nèi)填充發(fā)泡材料以后能有效地防止管內(nèi)積水,使鋼套管內(nèi)的錨具與雨水、潮氣及其他腐蝕介質(zhì)相隔離,能在較長的時(shí)間內(nèi)防止拉索端部錨具銹蝕。發(fā)泡材料易于清理,相對于以前采用的灌注水泥砂漿的方法,更便于拉索的維護(hù)和更換。發(fā)泡施工采用專用發(fā)泡機(jī)械,通過空壓機(jī)提供壓縮空氣,直接將發(fā)泡材料在槍口混合后噴射在拉索套管內(nèi)。在發(fā)泡前,首先要將拉索套管內(nèi)的臟物及水分清除干凈。發(fā)泡的配合比要考慮到施工時(shí)的溫度,確保發(fā)泡的質(zhì)量。

2)梁上鋼套管上口處的密封處理。梁上鋼套管上口處的密封處理考慮到實(shí)用性和美觀性的結(jié)合,采用訂制的不銹鋼防雨罩或鑄鐵將軍帽。南京長江第二大橋南汊橋是一座雙塔雙索面斜拉橋,全橋共有160根拉索。拉索防護(hù)工程包括:塔和梁上拉索預(yù)埋鋼套管內(nèi)填充發(fā)泡材料防護(hù)、塔上錨具外露部分安裝防護(hù)罩、梁上拉索鋼套管上口處安裝防雨罩和不銹鋼拉索防護(hù)套管。其防雨罩防水系統(tǒng)見圖1。

防雨罩的固定既要考慮能適應(yīng)拉索振動,又能使防雨罩定位。具體方法是在防雨罩和聚氨酯發(fā)泡材料間填充彈性聚氨酯防水密封膠,防雨罩與拉索之間以及防雨罩與不銹鋼拉索防護(hù)套管之間用柔性的密封圈填塞,并使用高彈性密封膠密封。澆筑型彈性聚氨酯密封膠采用54HD聚氨酯防水密封膠。該材料為雙組分,現(xiàn)場按配合比混合攪拌均勻后澆筑,厚度50mm。高彈性密封膠采用Sikaflex單組分聚氨酯密封膠。該材料廣泛用于建筑上各種縫的填充,具有優(yōu)良的抗氣候性、抗老化性、不易磨損、高彈性等特性。通過上述處理,在索導(dǎo)管管口處形成一個(gè)完整的防水系統(tǒng),并使防雨與索導(dǎo)管之間形成一種彈性連接,適應(yīng)拉索的振動。

3)錨具露出錨板部分的防護(hù)處理。錨具露出錨板的部分直接暴露在大氣中,為防止外露錨具長期受空氣中濕氣的影響發(fā)生銹蝕,影響錨具的使用和將來的索力調(diào)整及換索工作,采用的處理方法是:在錨具外露部分的表面涂刷一層錨具專用防護(hù)油脂,然后在錨具外加蓋不銹鋼防護(hù)罩。錨具專用防護(hù)油脂由礦物油脂及適量的樹脂組成,具有對金屬無腐蝕、常溫下不粘手、80℃下不流淌、低溫下不開裂的性能。在錨具表面均勻地涂刷一層專用防護(hù)油脂后,錨具表面與大氣隔離,達(dá)到防護(hù)的目的。加蓋防護(hù)罩起到雙重保護(hù)的作用,又防止油脂被損壞而導(dǎo)致錨具銹蝕。

2 懸索結(jié)構(gòu)的施工要點(diǎn)

懸索結(jié)構(gòu)的施工與設(shè)計(jì)聯(lián)系十分緊密,設(shè)計(jì)時(shí)必須預(yù)先考慮施工的步驟,尤其必須預(yù)先規(guī)定好張拉預(yù)應(yīng)力等施工步驟。

下面就吉林速滑館懸索鋼結(jié)構(gòu)屋蓋施工中懸索張拉問題作一簡單介紹[6]。1)工程概況:該館平面投影為長方形,長向188m,跨度方向 91m,柱距17.1m,采用索拱結(jié)構(gòu),共12榀。每榀之間通過支撐和檁條相連,屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)為上下兩層壓型鋼板、中間鋪保溫玻璃棉的現(xiàn)場復(fù)合型輕鋼屋面。柱子為格構(gòu)式鋼柱,拱梁為H900×400×12×20,拱梁與鋼柱之間鉸接。鋼柱柱頂標(biāo)高為12.200m,鋼柱頂部有一標(biāo)高為20.8 m的格構(gòu)式鋼桅桿,鋼桅桿與鋼柱頂部通過鉸相連。懸索、背拉索、下拉索通過吊索、桅桿、斜撐桿和水平撐桿與拱梁形成索拱體系。2)索的張拉:張拉順序采用對稱同步協(xié)調(diào)的原則。單榀鋼拱梁兩側(cè)的下拉索同時(shí)張拉,結(jié)構(gòu)平面從中間跨向兩側(cè)順序?qū)ΨQ推進(jìn),4套張拉工裝同時(shí)就位,同時(shí)安裝千斤頂就位,通過對講機(jī)協(xié)調(diào)4臺千斤頂同時(shí)張拉。為了保證水平撐桿水平,張拉時(shí)預(yù)先讓水平撐桿向上轉(zhuǎn)動150mm。拱梁和索安裝完畢后,用專用牽引工具頭把張拉工裝與拉索張拉端可靠連接,在張拉節(jié)點(diǎn)處用液壓穿心式千斤頂牽引拉索。將拉索牽引安裝至設(shè)計(jì)位置后,安裝張拉工裝,擰緊工裝高強(qiáng)螺栓,固定下拉索。在拉索牽引安裝就位、檢驗(yàn)各索長無誤后,即可進(jìn)行張拉。張拉工藝采用變形值與千斤頂拉力雙控的方法。采用有限元模擬張拉過程,分3級對下拉索進(jìn)行張拉。用4臺YCND50型液壓穿心式千斤頂在下拉索張拉節(jié)點(diǎn)處同步進(jìn)行4根下拉索的張拉。用專用牽引工具頭與下拉索熱鑄錨可靠連接,在錨碇錨座處同時(shí)用液壓穿心式千斤頂牽引拉索,在牽引過程中,可采用滑輪牽引裝置調(diào)整下拉索的位置,并與錨碇連接,固定拉索。拉索的牽引安裝過程中塑料護(hù)套若有破損,應(yīng)用專用設(shè)備進(jìn)行修補(bǔ)。在3次張拉時(shí)對每級張拉都應(yīng)進(jìn)行張拉力伸長量控制。張拉完畢后,應(yīng)再次測試?yán)鞯膽?yīng)力值及各鋼索內(nèi)力、控制節(jié)點(diǎn)位移,對鋼拱梁、桅桿及拉索進(jìn)行調(diào)整。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求后,按照有關(guān)規(guī)定對錨具進(jìn)行耐久性保護(hù)。

3 結(jié)語

懸索結(jié)構(gòu)的施工程序沒有統(tǒng)一的規(guī)定可循,應(yīng)針對具體的工程采取相應(yīng)的施工方法及施工措施。本文主要對鋼索的錨固及其防護(hù)方法以及該結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了簡單介紹。

[1]王守國.懸索結(jié)構(gòu)在施工中的應(yīng)用及有限元分析[J].鐵道建筑技術(shù),2006(S20):21-23.

[2]蘭建雄.拉索錨具防護(hù)施工技術(shù)及其應(yīng)用[J].工程建設(shè)與管理,2005(5):59-61.

[3]張毅剛,薛素鐸,楊慶山,等.大跨空間結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4]李國芬,陳 研,朱華平.南京長江第三大橋斜拉索的防腐系統(tǒng)研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,30(6):102-104.

[5]朱奕鋒,曾 濱,崔 璀,等.吉林速滑館懸索鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的施工[J].施工技術(shù),2006,35(3):13-15.

[6]馬秋野.懸索結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2002,21(8):20-22.

[7]宋雪院.廣西洛村龍江懸索跨越工程施工技術(shù)[J].人民長江,2007,38(3):40-42.