預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工控制設(shè)計(jì)研究與實(shí)踐.pdf

1、本文分析了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其一般設(shè)計(jì)施工過(guò)程、典型有限元應(yīng)用分析程序及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)分析環(huán)境。以中國(guó)航海博物館單層索嘲、北京朝天輪預(yù)應(yīng)力索桁架等工程為背景，研究了在現(xiàn)有的有限元分析程序環(huán)境下，預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工控制模型建造技術(shù)。提出了基于施工期恒載的索力及位移控制方式，結(jié)合新型的EM索力傳感器監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)的施工控制方法。 本文的主要結(jié)論是： (1)對(duì)空間預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)可按材料種類(lèi)、結(jié)構(gòu)受力特征、索對(duì)結(jié)構(gòu)剛度

2、影響等不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)。將各種小同型式剛性和半剛性預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程統(tǒng)一成完整的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)施工控制理論，依據(jù)控制理論可以科學(xué)制定、優(yōu)化預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工方案。 (2)在“預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)施工控制理論”里引入“零狀態(tài)”、“初始狀態(tài)”和“工作狀態(tài)”?？刂圃O(shè)計(jì)的流程是先計(jì)算“工作狀態(tài)”：然后通過(guò)“掛索”和卸載計(jì)算“初始狀態(tài)”；由“掛索”的結(jié)果可計(jì)算出索的“零狀態(tài)”?！俺跏紶顟B(tài)”的施工恒載下控制索力和控制位移，是預(yù)應(yīng)力張拉施工結(jié)束后整體控制

3、目標(biāo)。索張拉有先后，因此還應(yīng)該在“初始狀態(tài)”的基礎(chǔ)上計(jì)算出逐索張拉的逐索控制目標(biāo)。提出了幾種計(jì)算方法：“順序循環(huán)法”、“倒裝法”和“無(wú)應(yīng)力法”。 (3)“缺陷長(zhǎng)度法”可用于索力偏差調(diào)整計(jì)算：先由索力的偏差求得缺陷長(zhǎng)度，然后由直接法或間接法計(jì)算索力偏差調(diào)正。缺陷長(zhǎng)度直接法很簡(jiǎn)單，只要在索的張拉錨固端修正索缺陷長(zhǎng)度，無(wú)需考慮索調(diào)正次序，調(diào)正控制量是長(zhǎng)度。缺陷長(zhǎng)度間接法需把逐索調(diào)正的缺陷長(zhǎng)度轉(zhuǎn)換成逐索的張拉力，調(diào)正控制量是索力，和索調(diào)

4、正次序有關(guān)。 (4)預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的成形和工作小同，要確定預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)中Ocon值，建議采用從控制鋼索的平面外穩(wěn)定以及節(jié)間鋼索的懸垂撓度出發(fā)，確定Ocon的最小限值的方法，從鋼索的疲勞壽命和彎曲應(yīng)力、應(yīng)力腐蝕以及高溫影響等提出確定Ocon的最大限值的方法。 (5)夾片錨固體系受力方式以承壓為主。其優(yōu)點(diǎn)是具有可靠的強(qiáng)度和剛度，通過(guò)錨墊板等構(gòu)件能將實(shí)際工程的復(fù)雜邊界外形過(guò)渡到具有良好錨固效果的平板型界面，且為

5、張拉施下提供了良好條件。冷鑄錨具體系將錨板與主體弦管連接而成。錨板為錨具和張拉作業(yè)提供一個(gè)平面的條件。其受力特點(diǎn)是以承剪為主。這種加肋的錨板具有極強(qiáng)的承載力，加勁措施保證了錨固的剛度。擠壓錨固件適用于吊掛、斜拉等拉索預(yù)應(yīng)力體系，其特點(diǎn)是構(gòu)件以拉應(yīng)力為主。 (6)結(jié)構(gòu)體材質(zhì)的惡化、缺陷或意外事故引起的結(jié)構(gòu)損傷，都會(huì)引起各構(gòu)件，特別是拉索的內(nèi)力重分布。索力是索結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，由于張力構(gòu)件相對(duì)簡(jiǎn)單以及可預(yù)測(cè)其響應(yīng)，拉索還可作為宏觀的傳

6、感器監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)損傷的開(kāi)始及發(fā)展。目前，普遍采用的方法有壓力表測(cè)定千斤頂液壓法、壓力傳感器直接測(cè)定法、拉索頻率測(cè)定法等。近年來(lái)又發(fā)展了諸如振動(dòng)法、三點(diǎn)彎曲法、EM法等。EM裝置作為一種新型索力測(cè)試設(shè)備具有操作簡(jiǎn)便、精度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，既能在施工張拉過(guò)程中測(cè)試索力，也能在使用階段監(jiān)測(cè)索力。建議實(shí)際工程中選定索段安裝EM線圈以檢測(cè)索力，并與其他檢測(cè)方法所得結(jié)果進(jìn)行比對(duì)以確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性。 (7)中國(guó)航海博物館索網(wǎng)幕墻正常工作后，

7、其余荷載作用(包括溫度、活載和風(fēng)載)引起的索網(wǎng)變形最大值為3l0mm，則撓跨比=1/74，該變形值滿(mǎn)足要求。水平索和豎向索中最小張力分別為12kN、23kN，能滿(mǎn)足索處于張緊狀態(tài)，不退出工作；水平索和豎向索中最大張力分別為167kN、454kN，均小于索的受拉承載力(標(biāo)稱(chēng)直徑24mm和30mm的索的受拉承載力分別為316kN、465kN)，能滿(mǎn)足規(guī)范要求。 (8)模型試驗(yàn)表明單層索網(wǎng)能夠張拉成型，只要設(shè)計(jì)和施工正確，能保證索網(wǎng)成型后曲面

8、光滑，滿(mǎn)足建筑效果的要求。模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)與計(jì)算所得的索網(wǎng)空間幾何接近，但實(shí)測(cè)和數(shù)值計(jì)算所得張力值存在較大誤差。 模型施工張拉中發(fā)現(xiàn)的主要問(wèn)題有在主動(dòng)索張拉完畢后部分被動(dòng)索段出現(xiàn)松弛；部分索夾出現(xiàn)夾片間的滑移及索夾與索的滑動(dòng)現(xiàn)象：部分索網(wǎng)格夾角畸變、索夾出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。 模型中出現(xiàn)的索夾滑動(dòng)、索夾偏轉(zhuǎn)、加工誤差等因素對(duì)索網(wǎng)成形特別是索網(wǎng)中索段拉力的大小具有較大的影響。應(yīng)由設(shè)計(jì)單位牽頭，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和索網(wǎng)的制作安裝精度、施工張拉方案、施

9、工階段和使用階段的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)方法作進(jìn)一步的分析和研究。 盡管單張拉豎索會(huì)具有數(shù)量很少的優(yōu)點(diǎn)，但是由于工程中豎索的長(zhǎng)度普遍超出水平索長(zhǎng)度的兩遍，因此，相同的索長(zhǎng)變化量值反應(yīng)在豎索中的應(yīng)力變化幅度要明顯小于橫索。因此，若橫索定長(zhǎng)，較小的長(zhǎng)度偏差就容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力偏差；水平索有57根，依靠19根豎索張拉，使得水平索中索力分布全部達(dá)到設(shè)計(jì)所需，難度很大；豎索長(zhǎng)度較大，即使采用兩端張拉，豎索中部的索力也會(huì)衰減很多，從而導(dǎo)致中部的水平索的

10、被動(dòng)張拉很難得到保證。而水平索張拉則可避免此問(wèn)題。 (9)為減少鋼結(jié)構(gòu)安裝對(duì)索網(wǎng)張拉的影響，應(yīng)考慮設(shè)置調(diào)節(jié)裝置消化部分鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差。通過(guò)實(shí)測(cè)網(wǎng)支承點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)邊界索的坐標(biāo)值，根據(jù)實(shí)際偏差情況，利用索端的連接轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。索網(wǎng)張拉前帆體鋼結(jié)構(gòu)與帆體結(jié)構(gòu)下部支承腳手應(yīng)脫開(kāi)。 (10)第五章詳細(xì)介紹了北京朝天輪柔性輪輻摩天輪結(jié)構(gòu)的工程概況、設(shè)計(jì)構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵內(nèi)容，提出了分等級(jí)、階段、層次的設(shè)計(jì)方法；采用有限元軟件A