秦翊超
【摘要】該機場航站樓中庭鋼結構上部為異形鋼結構,下部為預應力鋼索。通過設置臨時支撐胎架、施工工況分析進行上部鋼結構施工,通過實時監(jiān)測及預應力損失處理進行拉索預應力施工,既能保證施工的安裝精度和安全性,又能提高安裝效率。
【關鍵詞】鋼結構;預應力鋼索;臨時支撐;拉索張拉;施工監(jiān)測
1、工程概況
該航站樓建筑面積82000m2,采用前列+半島式構型,地上兩層(局部夾層),地下一層,建筑高度為24.005m。中庭鋼結構短軸長51.215m,長軸長為54.569m,上部為弦支穹頂,下端采用銷軸與預埋支座連接,支撐點共6個,整個結構最高點與下部混凝泥土基礎面距離為23.475m,其下弦布置預應力鋼索,共布置兩圈環(huán)向索,分外環(huán)向索、內(nèi)環(huán)向索,通過撐桿和徑向索連接。
2、鋼結構安裝
2.1鋼結構施工思路
鋼結構工程施工時,在內(nèi)環(huán)六邊形區(qū)域及檐口無支座位置利用塔吊標準節(jié)搭設臨時支撐胎架,六邊形組合構件采用90T汽車吊整體吊裝,其余構件利用25噸汽車吊進行高空散拼施工。
2.2鋼結構吊裝
臨時支撐胎架搭設完畢后,先將正六邊形環(huán)在地面進行拼裝,再整體吊裝到支撐胎架上,復核軸線標高,滿足設計及規(guī)范要求后,進行固定。然后安裝徑向長鋼梁,以兩個長鋼梁為一個單元,安裝完成一個單元后再安裝單元內(nèi)的環(huán)形構件。按逆時針方向安裝其他單元構件。構件安裝過程中進行拉索的穿插作業(yè),但不張拉,待鋼結構焊接完成驗收合格后進行張拉。
2.3鋼結構安裝工況分析
整個鋼結構安裝,正六邊形環(huán)和徑向鋼梁為最重構件。其中正六邊形重量為5.73t,而正六邊形組合為吊裝最高點,距離混凝土基礎面23.48m,正六邊形對邊距離為10.85m,可知吊點距離鋼梁邊緣為5.425m,計算得出吊車吊裝作業(yè)半徑為10.85m, 吊車臂長為48.20m。正六變形組合選用90t汽車吊(7.5t配重)吊裝,作業(yè)半徑為10.85m,吊車臂長為48.20m,可吊14.5t>5.73t,滿足要求。徑向鋼梁最重構件組合為3.19t,起重高度為19.62m,由于吊車可靠近鋼梁起吊,半徑可以忽略。選用25t汽車吊臂長33m,工作半徑15m以內(nèi)最小起重量為3.9噸>3.19噸,滿足要求。
2.4鋼結構安裝流程
汽車吊進場→規(guī)劃吊車行走路線及安裝順序→利用全站儀找出胎架位置并制作安裝胎架→搭設六邊形環(huán)拼裝胎架并整體拼裝焊接完成→吊裝六邊形組織構件→拼裝焊接徑向鋼梁→吊裝徑向鋼梁→吊裝相鄰徑向鋼梁→對相鄰徑向鋼梁進行填空補檔→ 按上述原則逆時針安裝其他構件。
2.5鋼結構安裝措施
為方便現(xiàn)場吊裝,確保吊裝安全,鋼梁在工廠加工制作時,應在鋼梁上部焊接吊耳,吊點到鋼梁端頭的距離為構件總長的1/4;鋼梁吊籃采用φ12mm的圓鋼組成,待地面驗收合格后吊至鋼梁側(cè)邊,以方便現(xiàn)場施工人員對鋼梁的安裝和校正;樓層部分鋼梁吊裝前,分別在鋼梁兩端豎向安裝一根φ48mm長度為1200mm的圓鋼防護立桿,然后在兩根立桿之間拉鋼絲繩,確保鋼梁安裝時施工人員行走安全。
3、拉索預應力施工
3.1結構特點
本工程施工的主要特點是:先通過弦支穹頂?shù)奶囟ńY構關系,尋找索在無應力狀態(tài)下的下料長度,為建立與設計相符的“力”和“形”的統(tǒng)一奠定基礎;索預應力施加之前結構具有一定剛度,柔性索、拉桿與撐桿等下部構件可以與上部鋼結構分開安裝;本工程預應力張拉特點是通過逐步張拉環(huán)向索來施加預應力,預應力的施加步長應通過事先的仿真模擬確定,以免對結構帶來不利影響。
3.2拉索施工總體思路
根據(jù)本工程結構特點,即上部結構初步具有一定剛度,因此可先進行上部桿件的安裝施工,然后進行下部索桿體系的安裝及張拉施工。結合第二部分所述,下部索桿體系分為徑向拉桿、環(huán)向鋼索和豎向撐桿,下部索桿體系的施工整體順序為:豎向撐桿安裝→環(huán)向鋼索安裝→徑向拉索安裝→環(huán)向鋼索張拉→局部徑向拉索張拉。預應力的施加是本工程的重點和難點,弦支穹頂結構預應力的施加可采用張拉環(huán)向索和張拉徑向拉索兩種方法,張拉環(huán)向索效率較高,但精度不如張拉徑向索,本工程采用張拉環(huán)向索和張拉徑向鋼拉桿相結合的方法施加預應力,即以張拉徑向索為主,張拉環(huán)向索為輔。本工程中弦支穹頂?shù)膹埨駨姆旨墢埨⒂赏馔鶅?nèi)、對稱張拉、局部調(diào)整四個原則。分級張拉:本工程屬柔性結構,預應力張拉需逐步實施,以免造成局部預應力過大,影響后續(xù)的張拉施工,同時也對結構造成不利影響;由外往內(nèi):張拉從外環(huán)索到內(nèi)環(huán)索;對稱張拉:為保證結構穩(wěn)定,按照對稱關系進行張拉;局部調(diào)整:每一級拉索張拉施工完成后,根據(jù)張拉監(jiān)控及變形監(jiān)控結果,再局部調(diào)整徑向鋼拉桿的索力,以消除結構安裝誤差對張拉施工造成的影響,直至結構張拉施工完畢。
3.3調(diào)直與下料
為了使鋼索受荷后各股鋼絞線受力均勻,鋼索制作時下料長度要準確、等長。下料采用“應力下料法”,將開盤在200~300MPa拉應力下的鋼絲或鋼絞線調(diào)直,可消除一些非彈性因素的影響。制作通長、水平且與索等長的槽道,平行放入鋼絞線,使其不互相交叉、扭曲,在槽道定位板處控制索的下料長度。
3.4鋼索的預張拉
鋼索的預張拉是為了消除索的非彈性變形,保證在使用時的彈性工作。預張拉在工廠內(nèi)進行,一般選取鋼絲極限強度的50%~55%為預張力,持荷時間為0.5~2.0h。
3.5鋼索的防護
鋼索必須進行表面處理,認真除污。鋼索的長期防護采用外加PE套管的方法。這種防護方法可適應周圍無嚴重侵蝕性的一般環(huán)境。在施工過程中,應盡量避免對PE造成損傷,到達現(xiàn)場后,在放索過程中也要對索體進行保護,防止其摩擦破壞。
3.6展索
鋼索安裝就位之前,在環(huán)索連接桿的正下方將索鋪展成環(huán)形,并將各標記點與連接索夾一一對應。本工程最大的拉索為 20,長約為30911mm,重約為65kg,展索的時候采用一端用提升機進行牽引,中間布置展索小車,每5-6米布置一個小車。
3.7環(huán)索安裝就位
預應力鋼索鋪展成型后,每隔10米設置一個就位點,然后采用卷揚機或汽車吊進行吊裝。
3.8拉索張拉
對于設計預拉力較小的拉桿,采用扭矩扳手進行張拉。具體操作分三步進行,第一步通過拉桿設計預拉力得出換算設計扭矩;第二步將扭矩扳手內(nèi)指針調(diào)至設計扭矩;(下轉(zhuǎn)125頁)(上接123頁)第三步便可進行張拉施工,操作人員聽到扭矩扳手內(nèi)“咔嚓”聲響即達到設計預拉力,便可停止施工。對于設計預拉力較大的拉桿,應采用液壓千斤頂進行輔助張拉施工。本工程鋼拉桿張拉端在拉桿的中間,張拉節(jié)點位于徑向桿連接套筒處,施加預應力的方法是:根據(jù)設計張拉力的值,通過油泵將油壓傳給兩個千斤頂,然后調(diào)節(jié)自身的調(diào)節(jié)套筒達到所要施加的力。由于本工程張拉設備組件較多,因此在進行安裝時必須小心安放,使張拉設備形心與鋼拉桿重合,以保證預應力鋼拉桿在進行張拉時不產(chǎn)生偏心;在油泵啟動供油正常后,開始加壓,當壓力達到鋼拉桿設計拉力時,超張拉5%左右,然后停止加壓。張拉時,要控制給油速度,給油時間不應低于0.5min。
3.9預應力損失及處理措施
張拉過程中預應力損失產(chǎn)生主要有以下原因:拉索索體松弛;拉桿體錨具回縮變形(主要是調(diào)節(jié)螺桿變形);油壓損失;節(jié)點摩擦使預應力產(chǎn)生損失。為保證張拉力達到設計要求,并且根據(jù)大量工程經(jīng)驗,實際張拉過程中,采取超張拉的方法,每次超張理論計算張拉力的5%。
3.10施工過程監(jiān)測
為滿足預應力施工過程的需要,保證工程順利進行,施工監(jiān)測布點時采取以下原則:應力監(jiān)測:以拉力監(jiān)測為主,保證各類鋼索施加預應力值與施工仿真計算得到的張拉力值相同,鋼結構應力監(jiān)測為輔助手段,監(jiān)測得出應力比較大的桿件應力變化,監(jiān)測手段采用千斤頂油泵直接讀數(shù)和索力測試儀進行過程中索力測試。變形監(jiān)測:監(jiān)測結構豎向位移,位移監(jiān)測貫穿于整個結構的施工過程,包括安裝施工和張拉施工過程,監(jiān)測內(nèi)容為各監(jiān)測點的三維控制坐標,本工程采用在六個撐桿的上、下端布置監(jiān)控點,通過在12個監(jiān)控點來監(jiān)控結構的豎向位移和撐桿的側(cè)向位移。
結語:
本工程為機場航站樓中庭鋼結構弦支穹頂鋼結構及預應力施工,臨時支撐胎架的部署設置是總體施工的重要前提,弦支穹頂為柔性結構,有“牽一發(fā)而動全身”的特點,張拉施工是弦支穹頂結構施工的關鍵,施工過程的實時檢測是保證施工過程順利進行的重點,通過工程的完成,積累了施工經(jīng)驗,為類似工程提供指導及借鑒。
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