浅谈预应力钢结构的施工特点与控制(2)
作者:佚名; 更新时间:2014-12-04

  
  二、预应力钢结构的施工流程与控制设计
  
  (一)预应力钢结构的施工流程
  现以长沙会展中心展览大厅来说明预应力钢结构施工特点,展览大厅是一个斜拉索和张弦桁架相结合的复杂空间预应力钢结构。施工过程如下:(1)在地面抬模上拼装屋架的张弦桁架跨段;张拉下弦索,张弦梁跨中起拱到预定量;(2)起吊、安装张弦桁架跨段,二端电焊连结;(3)张拉斜索,使屋架位移控制点起拱到预定量;(4)拆除支撑,然后安装屋面板和设备。
  从上述的施工过程中可以归纳出预应力钢结构施工以下几个特点:(1)预应力施工会有阶段性,可以是嵌套形式;(2)需要确定一个形状控制为索张拉目标,目标实现时的索力目标控制索力,目标实现时控制点位移为目标控制位移,即初始状态;(3)控制索力往往是几个,甚至是十几个以上。由于实际张拉设备有限,不可能所有索同时张拉,因此必须制定使用少数设备实现目标控制索力和目标控制位移的张拉方案。
  
  (二)预应力钢结构的施工控制设计
  预应力钢结构的施工状态控制设计是指预先通过分析确定设计目标并制定张拉方案,张拉过程中对预应力钢结构施工状态进行实时识别,最终有目的地调整纠偏,从而使预应力钢结构施工收到有效地控制。为了实现这个目标,可采用几种施工计算方法,下面介绍三种方法:顺序循环法、倒装法和无应力法。
  1.顺序循环法。顺序循环法分析步骤与实际预应力索施工步骤完全相同,通常在分析前根据工程具体情况先行确定若干各选方案,信捷职称论文写作发表网,一般通过各个分组索2~3次循环叠代可逐步逼近设计索力,使结构最终成形。通过分析还可以准确获得各个施工阶段构件内力分布和结构几何形态。根据循环张拉的拉力增量可将顺序循环法细分为足量循环张拉法、等量递增循环张拉法和变量递增循环张拉法。足量循环张拉法是指每个循环中各组索的施工控制索力均为设计索力,由于后张索引入的预应力将在结构中重分布,必然导致先前张拉的索力发生变化,因此需要经过若干次循环张拉调整直至各组索内力均最终均达到设计要求的索力;等量递增循环张拉法是指通过k次循环张拉,将各组预应力索的设计索力等分为k份,每次循环张拉的索力增量为P/k,直至最后各组索力均逼近设计索力后停止张拉循环;而变量递增循环张拉法是根据工程实际情况每次预应力施工张拉控制的索力增量不同,最后统一逼近设计索力的循环张拉施工方法。
  2.倒装法。我们以斜拉张弦桁架组合结构为例来说明“倒装法”原理。假如我们已经计算得到施工阶段荷载控制值。即索力Fi和控制位移Ui(-1,…,n)。如果有n台张拉设各,就可能同步比例张拉n根索,实现施工目标。但实际工程施工时,考虑到施工成本,不会采用同步张拉方案。现考察使用一台设备张拉时索力和位移的变化青况。假定一台设备张拉次序和索号相同,要求张拉完成后的索内力和控制点位移为已计算得到的施工阶段荷载控制目标Fi(i=1,…,6)和Ui(i=1,…,6)。现假定按索号逐根张拉,张拉力就取Fi。1号索张拉后,当2号索张拉时,1号索索力就不再是Fi。继续张拉3号索,1号索和2号索的索力又发生变化。后继索张拉会改变已张拉索的索力,如此张拉无法达到施工阶段荷载控制力和控制位移的目标。
  3.无应力法。依据索工作状态可以计算得索无应力长度。把按无应力长度制作的索全部安装后,它的索力和位移在使用阶段荷载下就是使用阶段荷载的控制力和控制位移,在施工阶段荷载下就是施工阶段荷载的控制力和控制位移。因结构是弹性的,求解结果唯一,和索张拉次序无关。不难看出,按索无应力长度逐索安装,刚安装索的内力和相应控制点位移,就是“倒装法”按同样次序逐索张拉时该索控制内力和相应控制点位移。因此,无应力法和倒装法从本质上讲是同一过程的不同方式控制。无应力法逐一安装索,是以索的无应力长度作为张拉控制量,此时索力就是倒装法计算得到的控制张拉力。
  通过以上分析,三种张拉顺序对应各阶段索力完全不同,因此各组索的张拉施工控制索力完全对应于事先制定的张拉顺序,张拉顺序不同施工控制索力也不同。其中倒装法分析的结构计算结果是精确值,也是顺序循环张拉法多次循环逼近的结果。计算过程简单明了,采用该分析结果进行张拉,能准确控制施工阶段各种预应力索的索力。张拉的最终结果与设计要求的结构成型索力完全一致。
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