某体育场工程预应力钢结构施工工艺

某体育场工程预应力钢结构施工工艺工程概况体育馆屋面为平板网架，屋面结构主要承力构件是正交预应力空间桁架，桁架最大跨度接近75m。为了增加桁架的刚度，沿桁架下弦钢管内通长设置预应力钢绞线（双向布钢铰线）。本工程预应力筋采用环氧涂层填充型低松弛钢绞线，直径12mm，抗拉强度标准值1770MPa，环氧涂层填充型钢绞线要求除钢绞线表面包裹环氧涂层外，各钢丝之间也有环氧树脂填充，钢绞线外包PE护层，钢绞线应符合ASTMA882/A882M-02标准。预应力筋锚具采用L&L系列全封闭防腐蚀环氧钢绞线配套锚具，并配备防低应力松脱装置，确保风吸工况下结构安全。主馆屋面结构布置图如下所示：主馆结构轴测图单榀结构示意图工程难点、重点分析本工程的难点和重点主要有以下几个方面：1、穿钢铰线本工程中主馆下弦中采用的钢束采用环氧涂层填充型低松弛钢绞线，直径12mm，最大长度约为75米，重约107kg，属于超长预应力结构，由于该结构形式决定了，钢铰线的运输、保护和如何穿钢铰线束是施工中的难点。2、预应力张拉本工程张拉力最大为30T左右，对张拉设备、张拉工装和操作人员的要求都较高。张拉顺序、张拉分级、超张拉、张拉补偿方案，如何使预应力损失最小和钢铰线力补偿次数最少等问题需要在理论计算和实际施工操作中予以解决。3、张拉控制钢结构和混凝土结构有所不同，在施加预应力的过程中整个结构会表现出比较强的几何非线性特征。张拉其中某一榀或几榀时其它部位的钢铰线力也会发生一定的变化。因此必须对结构进行整体计算分析，利用有限元程序对结构的施工过程进行仿真模拟，并将之用于指导施工作业。4、施工监测鉴于预应力钢结构自身的特殊性，在施工过程中要进行施工监测。要对钢铰线力、结构应力、变形等关键因素进行数据采集和分析。一方面保证施工的准确性，另一方面为施工过程中的安全性提供参考依据。应力钢结构施工技术特点本工程所涉及的预应力工程为预应力钢结构。预应力钢结构工程具有施工难度大、施工前期准备工作量大的特点，因此为使本工程达到设计质量要求，确定本工程技术要点如下：1、根据本工程的特点制定完善的施工技术设计。施工技术设计是为预应力钢结构的施工进行技术准备。施工技术设计中着重注意的技术要点体现在制钢铰线、挂钢铰线和预应力钢钢铰线张拉过程中。虽然制钢铰线在工厂内完成，但制钢铰线的精度应在施工技术设计中得到计算和控制。一些在制钢铰线过程中无法达到的精度或产生的误差宜在施工过程中通过相关的技术手段进行弥补。2、施工技术设计中应确定施工顺序，尤其是挂钢铰线和预应力过程的顺序。这里所谓的预应力过程是指施加预应力的过程。对预应力钢结构预加预应力的过程应根据具体的结构类型分别采用改变刚性杆件或柔性钢铰线的长度等方法。在预应力钢结构中，尤其宜采用改变柔性杆件的长度的方法。对结构施加预应力，使预应力能够分布到整个结构，达到预应力的目的，这个预应力过程必须与设计的预应力施加过程相一致。实际的预应力施加过程作为非线性叠加步加以分析，而对于预应力钢结构来说尤其要区分其初始几何状态和预应力状态。因为在有些预应力钢结构初始几何的张拉过程与施加预应力过程并不一致，这时预应力过程必须根据实际的设计情况加以区分，即首先完成曲线或曲面的张拉过程，再考虑为结构提供刚度的过程。如果这两个状态不一致时，预应力过程是不能一气呵成的。简言之，张拉结构的施工技术设计的主要内容就是确定预应力过程的次序、步骤、采用的机械设备、每次预应力过程的张拉量值，同时控制结构的形状变化，因为结构的形状是与预应力分部相匹配的。3、预应力钢结构施工技术设计应规定预应力过程的速率。因为在每一阶段预应力过程中，结构都经历一个自适应的过程，结构会经过自平衡而使内力重分布，形状也随之改变，所以预应力过程的监控十分重要。施工技术设计中应规定监控的指标和参数。本工程中将采取可靠的监测手段，对钢结构的变形和预应力钢钢铰线的受力进行实时监测，以确保结构施工期安全，保证结构的初始状态与原设计相符。4、张拉结构的施工技术还需要注意结构的其他荷载施加过程，在后续的结构施工过程中，如屋面荷载、悬挂荷载的施加步骤和方法，要尽量保证比较均匀、对称、匀速地施工，避免出现过大的集中荷载。施工工艺1技术准备1、根据设计要求编制预应力施工方案；2、根据设计图纸编制施工预算，准备有关合同资料；3、准备有关材质检验试验资料；4、报送有关施工资料；5、组织有关人员熟悉图纸，学习有关规范，向作业人员进行技术安全交底。2预应力施工材料的加工、运输、储存预应力钢铰线及节点加工图由预应力专项施工单位设计，制作加工由预应力钢钢铰线专业生产厂家完成。预应力钢铰线的制作加工如下：预应力钢束按照施工图纸规定进行下料。按施工图上结构尺寸和数量，每根预应力钢束的每个张拉端预留张拉长度进行下料。预应力钢束及配件运输及吊装、运输过程中尽量避免碰撞挤压。预应力钢束及配件在铺放使用前，应妥善保存放在干燥平整的地方，下边要有垫木，上面采取防雨措施，以避免材料锈蚀；切忌砸压和接触电气焊作业，避免损伤。3预应力结构施工工艺主馆施工流程：钢结构在拼装平台上，进行拼装钢结构在拼装平台上，进行拼装拼装平台搭设预应力钢铰线工厂制作运至现场拼装的桁架进行预应力束穿束应力及变形监测灌注混凝土由中间向两边同时对称张拉两榀至张拉力的50％由两边向中间同时对称张拉两榀至张拉力的100％应力及变形监测进行其他钢结构安装将拼装完成的桁架进行沿轨道进行滑移全部拼装完成后，另一个方向进行穿钢铰线4支座节点支座节点大样图5预应力结构施工－钢铰线安装工艺本工程预应力钢绞线在75米左右，属于超长结构，预应力的穿束是需要重点考虑的问题，根据工程特点穿束过程中时要借助倒链，并且尽量使预应力钢束保持直线状态。1、加工厂制作为了在现场施工方便，以及使承重结构受力均匀，在钢铰线束制作时，每根钢铰线束都单独成盘，在加工厂内将钢铰线束缠绕成盘。2、放开钢铰线束钢铰线束沿一端逐渐放开，在地面沿放钢铰线束方向铺设一些圆钢管，以保证钢铰线体不与底面接触，同时减少了与底面的摩擦力，圆钢管的长度不小于1米，间距为2.5m左右。放钢铰线束时使钢铰线基本保持直线状移动。3、钢绞线安装过程钢绞线的安装在钢结构在屋顶拼装完成后进行，在张拉端处一端人工穿入，一端用钢丝绳牵引，两端同时用力将钢绞线穿入钢结构内。6预应力结构施工－张拉工艺1、预应力钢铰线张拉前标定张拉设备张拉设备采用相应的千斤顶和配套油泵。根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对千斤顶、油压传感器进行标定。实际使用时，由此标定曲线上找到控制张拉力值相对应的值，并将其计算打印成表格上，以方便操作和查验。2、张拉分级及张拉力值根据设计图纸和仿真计算结果，张拉过程分为二个阶段。第1阶段，安装完成后，由中间向两边将所有钢铰线张拉到50％，第2阶段，由两边向中间将所有钢铰线张拉到100％，具体张拉力见下表。编号345678910111213张拉力（KN）150150200200300300300200200150150编号CDEFGHJKLMN张拉力（KN）1501502002003003003002002001501503、张拉顺序采用分两级进行张拉，第一级由中间到两边张拉到设计力的50％，第二级从两边向中间张拉到100％，每一级中每次同时对称张拉两榀桁架（中间为1榀）。4、预应力钢钢铰线张拉采用双控，以张拉力控制为主，伸长值和结构变形为辅。预应力钢钢铰线张拉完成后，应立即测量校对。如发现异常，应暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。5、张拉操作要点：张拉设备安装：由于本工程张拉设备组件较多，因此在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢钢铰线重合，以保证预应力钢铰线在进行张拉时不产生偏心；预应力钢铰线张拉：油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到预应力钢铰线设计拉力时，超张拉5％左右，然后停止加压，完成预应力钢钢铰线张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。6、预应力钢铰线张拉测量记录张拉前可把预应力钢铰线在20％的预紧力作用下的长度作为原始长度，当张拉完成后，再次测量原自由部分长度，两者之差即为实际伸长值。除了张拉长度记录，还应该对压力传感器测得压力、全站仪测得钢结构变形记录下来，以对结构施工期行为进行监测。7、张拉质量控制方法和要求（1）在进行伸长值计算时，尽量采用预应力钢铰线厂提供的弹性模量进行计算，验收时考虑钢铰线厂的弹性模量误差对伸长值的影响；（2）张拉力按标定的数值进行，用伸长值和压力传感器数值进行校核；（3）认真检查张拉设备及与张拉设备相接的钢钢铰线，以保证张拉安全、有效；（4）张拉严格按照操作规程进行，控制给油速度，给油时间不应低于0.5min；（5）张拉设备形心应与预应力钢钢铰线尽量控制在同一轴线上；（6）实测伸长值与计算伸长值相差超过允许误差时，应停止张拉，报告工程师进行处理。7钢铰线张拉时的温度影响由于预应力钢铰线与钢结构的线膨胀系数相同，同处于露天情况下，并且一端支座在张拉过程可以滑动，温度对钢铰线力的影响几乎比较小，因此可以在一天24小时内施工。8同步张拉的控制措施因为要在对称两根后钢铰线进行张拉，因此控制张拉的同步是保证结构变形、结构受力均匀的重要措施。控制张拉同步有两个步骤。在张拉过程中将每级的张拉力在张拉过程中再次细分为4～9小级，在每小级中尽量使千斤顶给油速度同步，在张拉完成每小级后，所有千斤顶停止给油，测量预应力钢铰线的伸长值。如果同一预应力钢铰线两端的伸长值不同，则在下一级张拉的时候，伸长值小的一侧首先张拉出这个差值，然后另一端再给油。如此通过每一个小级停顿调整的方法来达到整体同步的效果。9张拉脚手架及张拉操作平台为了保证安装及张拉工作的顺利进行，每榀桁架上对应后预应力钢铰线下端的张拉端位置处需要有一个2m见方的操作平台，作为张拉人员的工作空间并放置相关的张拉设备，在张拉点之间为了便于人员及设备的移动，需要铺设通道。安全管理措施1、与总包单位安全生产管理体系挂钩，同时建立自身的安全保障体系，由项目负责人全面管理，每个班组设安全员一名，具体负责预应力施工的安全。2、在进行技术交底时，同时进行安全施工交底。3、张拉操作人员必须持证上岗。4、张拉作业时，在任何情况下严禁站在预应力钢铰线端部正后方位置。操作人员严禁站在千斤顶后部。在张拉过程中，不得擅自离开岗位。5、油泵与千斤顶的操作者必须紧密配合，只有在千斤顶就位妥当后方可开动油泵。油泵操作人员必须精神集中，平稳给油回油，应密切注视油压表读数，张拉到位或回缸到底时需及时将控制手柄置于中位，以免回油压力瞬间迅速加大。6、油管接头处和张拉油缸端部严禁手触站人，应站在油缸两侧。7、预应力施工人员进入现场应遵守工地各项安全措施要求。预应力施工技术资料1、预应力专项工程施工方案2、预应力专项工程安全交底3、预应力钢铰线合格证、材质检验报告4、预应力分项工程质量检验评定5、预应力钢铰线张拉机具标定书6、预应力钢铰线张拉记录张拉应急措施1、张拉前的准备检查各种约束情况,考虑张拉时结构状态是否与计算模型一致,以免引起安全事故；张拉设备张拉前需全面检查，保证张拉过程中设备的可靠性;在一切准备工作做完之后，且经过系统的、全面的检查无误后，现场安装总指挥检查并发令后，才能正式进行预应力钢铰线张拉作业；张拉前，应严格检查临时通道以及安全维护设施是否到位,保证张拉操作人员的安全；张拉过程应根据设计张拉应力值张拉，防止张拉过程中出现预应力过大引起屋盖起拱；钢铰线张拉前，应清理场地，禁止无关人员进入，保证张拉过程中人员安全；在预应力张拉过程中，测量人员应通过测量仪器配合测量各监测点位移的准确数值。2、钢铰线张拉的风险张拉的风险主要有：1）张拉设备故障,包括油管漏油,设备故障；2）现场突然停电；3）张拉过程不同步；4）张拉后结构变形、应力、伸长值与设计计算不符；3、张拉设备故障张拉过程中如油缸发生漏油、损坏等故障，在现场配备三名专门修理张拉设备的维修工，在现场备好密封圈、油管，随时修理，同时在现场配置2套备用设备,如果不能修理立即更换千斤顶。4、张拉过程断电张拉过程中，如果突然停电，则停止张拉施工。关闭总电源，查明停电原因，防止来电时张拉设备的突然启动，对屋架结构产生不利影响。突然停电状态下，在短时间内，千斤顶还是处于持力状