预应力鞍形索网屋盖工程施工工艺的研究
[摘要] 介绍泰州师范学校体育馆菱形平面鞍形索网屋盖结构施工工艺,包括锚夹具设计、边梁立模放线、索孔预埋钢管制作及安装、箱形边梁混凝土浇筑、钢索制作及安装、索网张拉以及屋面施工工艺等。
[关键词] 体育馆 鞍形索网 屋盖 预应力 钢绞线 悬索结构
泰州师范学校体育馆位于江苏省泰州市师范学校校园内,建成后将作为该校的一个标志性建筑。该工程屋盖采用双曲抛物面鞍形索网结构形式,平面形状为近似菱形,对角尺寸为69.6m×67.2m,平面面积约为3459.5m2.索网悬挂在4根直线形箱形边梁上,梁截面为1400mm×1800mm,混凝土为 C50.索网共设计有承重索(主索)40束,每束为j15.24钢绞线;稳定索(副索)4l束,每束为1jl 5.24钢绞线。索网网格水平投影尺寸为1.6m×1.6m,中央主索的矢度和中央副索的拱度均为6m。
1 施工工艺流程
本工程索网结构施工工艺流程为:边梁立模→标索网孔位→绑扎钢筋→安装钢管→焊接灌浆管和泌水管→搭满堂脚手架→钢索锚具安装→钢索下料钢管制作→浇筑边梁混凝土→混凝土养护→索网张拉→孔道灌浆→端头封裹。
2 锚具及夹具设计
2.1 锚具及其配件设计
本工程选用的钢索为个15.24低松弛镀锌钢绞线,由于索与索之间的相互影响,在张拉的最后阶段需对钢索的内力进行微调,所以自行设计了一套非标准带微调的夹片锚具。主索使用双孔夹片锚具,副索使用单孔夹片锚具。夹片锚锚板有外螺纹,可以在张拉的最后阶段通过螺纹对索的内力进行适当调整,有利于索网成型,给施工带来方便。该锚具委托锚具厂加工,锚具的性能要求必须达到国家规定的I类锚具标准(即ηa≧0.95,apu,tot≧2%),确保锚固性能的可靠性。
2.2 夹具、立柱设计
对主索与副索之间的连接与固定,经过多次反复研究,自行设计了如图2所示的节点。
3 边梁立模及放线
本工程钢筋混凝土箱形边梁的施工难度较大。边梁截面呈扭曲的平行四边形(不考虑大梁外侧的挂板),截面尺寸为1400mm×1800mm。
天沟底板底模支模时要严格按照设计图纸,不能过高或过低,过高不能保证天沟深度,为屋面排水带来困难;过低则将出现索的预埋钢管嵌入天沟底板。边梁外模、底模、边模及天沟底板模安装完毕并经检查符合要求后,即可定出索孔位置。索孔位置用红十字线标明,并写上所属索号,以便安装钢管。待所有索孔位置都准确定位后,即可绑扎混凝土大梁内除隔板之外的钢筋。
4 索孔钢管制作及安装
4.1 钢管制作
主副索索孔留孔材料分别选用??76mm×3.75mm和??48mm×3.5mm普通焊接钢管。钢管在制作安装前要进行精确计算,考虑端部内凹孔留孔深度。下料时依据下料长度表逐一下料,用红色铅笔在钢管上写编号、所属索号及长度,以便识别分辨。钢管一端切口为直 角,另一端(安装时与边梁内侧模板贴紧)切割成45°。
焊接锚垫板时要注意将管中心与铁板孔中心对准,螺旋筋同时焊接固定在锚垫板—亡(见图4)。
4.2 钢管安装
在边梁内,主副索预埋钢管呈交叉布置,每根主管同时与2根副管在空间相交,每根副管也同时与2根主管相交。钢管按放线位置确定后。用钢筋井字架焊接在边梁上筋上,以固定其位置。端部用麻丝堵严,以防止浇混凝土时流进从浆。先安装主管,后安装副管,副管直接与主管焊接在一起。钢管安装固定完华后,制作文装预留孔模板。由于预留孔外侧面是不规则的四边形、制作有一定的难度。经考虑几种方案,最终选用水盒广的方法—)即用长度不限的l 80mm宽、l0Omm厚的木板订成截面为l 80mm×180mm的正方形长木盒,再逐一量测预留孔4条梭的长度,用锯准备下料。木盒子要与锚垫板严格垂直,盒内塞满水泥纸以防漏浆。木盒子用??6短钢筋四面点焊在锚垫板和模板上,正下面托1根钢筋与边梁底筋或底模焊在一起(见图5)。
钢管安装过程中及女装完成后必须逐一对每
5 混凝土浇筑
索孔安装完毕后,即可绑扎隔板钢筋,立隔板模板,并经设计、质检部门作隐蔽工程验收合格后浇筑边梁及辅梁的混凝土。由于边梁为箱形梁,根据截面尺寸,先浇下部 1200mm高的部分(包括隔板);待这部分混凝土初凝后即可拆除其模板,然后再支顶板模板,再一次浇筑成型。浇筑顺序如图6所示,辅梁混凝土同时浇筑。混凝土为C50,添加减水剂。浇筑混凝土过程中应避免振捣棒直接接触钢管,以免使钢管位置产生偏移,并确保预埋钢管的畅通。当益板混凝土达到一定强度后,拆除边梁内外侧模板,清理端部孔道。
6 制索
6.1 钢索的防腐防火处理
以往悬索结构施工,对钢索的防腐处理较为复杂,需除锈、除油、包裹等,工期长、耗用人工量大。本工程简化了钢索防腐处理,钢索直接采用镀锌钢绞线,包覆厚度为1mm以上的高密度聚乙烯塑料套管。索网的防火处理,采用在索网上刚防火涂料的方法。并且在立柱及夹具上涂防火涂料。
为防止索孔段灌浆后水泥浆对钢索表面镀锌层产生腐蚀作用,在裸露钢索表面刷l层环氧树脂。
6.2 钢索的下料
钢索在下料前应抽样复验,内容包括外观、外形尺寸、σb、σ600等,并出具相应检验报告。钢锁采用砂轮切割机下料,为保证下料长度的准确性,采用定长下料的方法。在每束钢 钢锁上均用胶皮带牢固地粘上写有所属索号和长度的标签。以供穿束时对号入座。钢索的下料长度必须准确。不能过短或过长,并注意保护塑料套管。
下料前先要以索网初始态的曲线形状为基淮进行计算、下科长度应把理论长度加长至梁边,再加上张拉工作长度和施工误差等。 另外在下料的应实际放样,以校核下料长度是否准确。
悬索结构钢索一般在下料前要进行预张拉,本工程采用的低松弛钢绞线,系在张力下生产,经试验证明,不进行预张拉仍具有良好的线弹性,因此,实际施工不进行预张拉,直接 使用。
7 钢索安装及索网初步调整
7.1 钢索安装
在高空架设钢索是悬索结构施工中难度较大、并且很重要的工序。由土建施工单位用廖48mm×3.5mm的钢管搭设满堂脚手架,在边梁混凝土强度达到50%,并检查所有孔道均清理完毕后,即可挂束。先挂主索,后挂副索。主索依次从x40→x0l,副索从y01→y4l开始对称安装直到y2l索。挂索采用全人工用绳索拉的方法,按照在钢索上作的标记线将锚 具安装到位。用卸甲卡在主索上防止副索向中间下滑,使副索在水平投影方向上是一条直线,并确保主副索在投影方向保持正交,在张拉日才适时再对这些卸甲的位置进行调整,张拉结束后即可卸掉卸甲。
7.2 索网的调整
在所有主副索都安装完毕后,对照节点设计标高值对索网进行调整,使索网曲面初步成型,此即为初始态。
7.3 安装夹具及立柱
索网初步成型后,开始安装夹具及小立柱,顺序为先安装马道位置处的夹具(计207个),再安装其它普通节点夹具及小立柱,所有夹具的螺母均不拧紧。待索网张拉完毕经验收合格后再拧紧。为防止夹具对钢索的外包塑料皮可能产生的损伤,在节点处副索外包裹1层1mm厚的铅板,随后安装剪刀撑(见图7)。间样,其与立柱连接的螺母待张拉结束后再拧紧。
8 索网张拉工艺
张拉是悬索屋盖结构施工的关键工序。通过张拉使各索内力和索网节点标高都达到设汁要求。只有在边梁混凝土强度达到100%以后守能进行张拉。由于是轻层盖,故不必将张拉与加屋面荷载交替进行。可以在主副索全部张拉完毕后。再铺设檩条和层面板及悬挂吊顶。
张拉工艺中,其关键键环节是张拉顺序、循环次数及张拉力的大小等。针对本工程悬索屋盖基本上具有双向轴对称的特点。张拉顺序原则定为先副索后主索。分别从中心向四周 依次进行,在两端各用1台张拉设备同步进行张拉。稳定索张拉用YCN-23型千斤顶,承重索张拉用YC-60型千斤顶,均配以高精度0.4级压力表。张拉顺序如图8所示。
为尽量使钢索及边缘构件均匀受力,张拉工作原
张拉开始前测试所有标高控制点的标高,发现大部分节点的实际标高均低于设计值。经研究决定第1轮先张拉主索,后张拉副索。在每轮张拉结束后测读所有传感器读数,监测索网内力。实际张拉过程中,在第2轮张拉完成后通过分析内力测试数据,发现大部分副索的内力已达到或超过第3轮设计的拉力,故经设计同意,取消第 3轮,直接张拉第4轮80%。最后一轮调整张拉时使用撑脚,张拉顺序为先拉主索,再拉副索。为消除锚具回缩的影响(每端约4mm),调整张拉时微调的方法为张拉力到位后拧紧锚杯外面的大螺母。经过3轮张拉和2轮调整以后,将传感器的测试结果与设计提供的索内力进行比较,并由设计人员认可,达到设计要求,至此张拉结束。