平面预应力张弦梁整体吊装施工工法

平面预应力张弦梁的整体吊装施工工法前言随着社会、科学学技术的进步步和经济的高高速发展，近近些年来国内内外建造了很很多大型的建建筑结构，尤尤其是大跨度度空间钢结构构，凭借其高高效、经济、美美观的结构特特点被广泛地地应用。其中中将预应力技技术应用到空空间钢结构体体系形成了预预应力空间钢钢结构体系。预应力空间钢结结构是把现代代预应力技术术应用到例如如网架、网壳壳等网格结构构、索、杆组组成的张拉结结构、立体桁桁架结构等一一类大跨度结结构，从而形形成一类新型型的、杂交的的预应力大跨跨度空间钢结结构体系。****文化会会展中心钢屋屋盖即采用了了该结构体系系，由****建筑学院北北京****建筑设计顾顾问有限责任任公司及中国国*****设计研究院院设计，*****集团钢结构构工程分公司司负责钢结构构屋盖的构件件加工及构件件安装，是国国内首例跨度度最大的单向向预应力张弦弦梁工程。本本工程采用了了放射状撑杆杆弦支梁结构构，跨度48米，水平投投影面积6576MM2，总用钢量578.88T。河北****钢结构工程程分公司对施施工全过程进进行整体模拟拟，采用了单单榀张弦梁整整体吊装圆满满的完成了工工程安装任务务，取得了显显著的经济和和社会效益。经经有关部门确确认，本工程程整体吊装施施工技术达到到国内先进水水平。1工法特点1．1减少施工工场地的占用用，充分利用用作业空间布布置拼装作业业，便于场内内运输和吊装装，大大缩短短了安装工期期。1．2吊装均采采用汽车式起起重机机械，相相对于满堂红红脚手架结合合高空滑移的的常规安装方方法，大大的的节约了施工工成本。1．3本工法采采用汽车吊整整体吊装预应应力张弦梁的的方法，达到到了国内领先先水平。2适用范围本工法适用于大大跨度空间钢钢结构钢梁整整体吊装工程程。3工艺原理运用计算机对施施工全过程进进行整体模拟拟分析，确定定了使用钢管管桁架扁担进进行张弦梁的的吊装，以及及吊装设备的的选择和吊点点的设计，临临时支撑的位位置及形式，张张弦梁在吊装装过程中的平平面内、外变变形等关键点点。3.1张弦梁结结构整体轴测测图及张弦梁梁截面结构图图****文化会会展中心工程程的屋盖张弦弦梁钢结构部部分。屋盖覆覆盖的A轴到T轴长137米，5轴到13轴长48米，面积积约65000平方米。张张弦梁跨度448米，梁间间距8米。张弦梁梁屋盖最高点点标高21..098m。其其整体轴测图图为下图3--1。张弦梁梁有3类，每榀张张弦梁分为3段截面，即1）H700××250×330×50，H700××250×220×30，H700××250×330×50；2）H700××250×225×50，H700××250×220×30，H700××250×225×50；3）H700××250×220×36，H700××250×116×20，H700××250×220×36。其中某一一榀的截面结结构形式见下下图3-2。钢结构所所用钢材和无无缝钢管为QQ345级钢钢材，撑杆截截面为；钢索索采用两种规规格的挤包双双护层扭绞型型拉索（高强强度钢丝屈服服强度大于11410Mppa），分别别为2SNS//Sφ7×61，及2SNS//Sφ7×55；高强螺栓栓采用10..9级大六角角头螺栓，摩摩擦面抗滑移移系数不小于于0.5，表面面采取抛丸处处理。地脚锚锚栓为Q3445-M522螺栓。图3-1整体轴轴测图图3-2张弦梁梁平面图3.2张弦梁整整体吊装方案案的分析本工程中采用的的张弦梁形式式比较独特，上上弦为变截面面的直梁，其其跨度为48m，截面刚度度相对较小，并并采用整体吊吊装，整个施施工过程中张张弦梁结构的的受力比较复复杂，这种情情况可以借鉴鉴的施工经验验就更少。此此外，更需要要注意的是张张弦梁结构中中下弦索的受受力情况，它它直接关系着着结构的最终终形态和安全全性。分别对三类截面面的张弦梁进进行分析计算算后，取最不不利（即截面面为：两端HH700×2250×200×36，中中间H7000×250××16×200）的进行说说明。三部分索吊装，分分别在两端和和中间，每部部分有三根索索。计算模型及吊装装时的变形图图如下图3-4所示：图3-4吊装装时的位移ANSYS计算算结果显示，最最大位移值点点10002为张弦梁上上弦最左端点点，大小为4.78ccm。跨中梁的的最大起拱为为3.1cm，考虑到实实际施工中吊吊点处的偏心心及其他施工工误差，理论论的计算值与与实际起拱（9cm）有一定的的误差，但理理论分析与实实际的总体的的受力状态是是基本一致的的，所以此理理论分析可以以作为实际吊吊装时的参考考。吊装时的轴力分分布如下图3-5示：图3-5轴力力分布图梁上弦内的轴力力很大，其值值为79kN，由于吊装装时吊点布置置的缺陷使得得平面外的偏偏心很大，所所以，轴力对对上弦平面外外的稳定性会会有很大的影影响。（实际际吊装时平面面外的最大变变形为13cm）吊装时梁内的弯弯矩分布如下下图3-6所示：图3-6弯矩分分布图最大弯矩为2220kN*mm，对上弦平平面外的稳定定性会有很大大的影响。面外稳定性计算算如下，按压压弯构件采用用公式：偏保守进行计算算，即：=315Mpaa不会发生侧向失失稳。吊装时梁内的应应力分布如下下图3-7所示：图3-7内力力分布图梁内最大应力为为31Mpa〈〈315Mppa。处于弹性性范围内，故故吊装过程中中，梁不会产产生弹塑性变变形。综上所述，可采采用此方法对对此工程中的的张弦梁进行行整体吊装。3.3结构安装装就位后的稳稳定性验算及及解决方法张弦梁安装就位位后，如果不不采取任何措措施便进行摘摘钩的话，截截面较小的梁梁会有在自重重和预应力下下发生侧向失失稳的危险，所所以，当张弦弦梁安装就位位后，在吊车车摘钩之前，必必须采用一定定的措施防止止其发生此类类的失稳，对对于吊装就位位的第一榀张张弦梁，需要要在其下搭设设塔架，塔架架的布置与张张弦梁在地面面进行初张拉拉时搭设的胎胎架相同，这这样，当吊车车摘钩后，就就位后的张弦弦梁的受力状状态初张拉时时的相似，不不会发生上面面所述的那种种失稳问题。而而对于其它榀榀的张弦梁，可可在吊车摘钩钩之前安装部部分次梁，将将其与前一榀榀已经就位的的张弦梁连接接，起侧向支支撑作用，防防止张弦梁发发生侧向失稳稳，为了减少少吊车的占用用时间，可先先间隔安装部部分次梁（即即从左端起为为第1，3，4，5，6，7，9处布置次梁梁），满足使使张弦梁不发发生侧向失稳稳的要求即可可，然后摘钩钩，等所用梁梁吊装完成后后再安装剩余余的次梁和所所用的水平支支撑。按这种种方法施工时时，张弦梁上上弦的面外稳稳定性计算如如下：分别对三类截面面的张弦梁进进行分析后，取取最不利（即即截面为：两两端H700××250×220×36，中间H700××250×116×20）的进行说说明如下：计算模型如下图图3-20示：图3-20计算算模型ANSYS计算算结果显示，结结构的轴力分分布如下图3-21示：图3-21轴力力分布图张弦梁上弦内的的最大轴力为为193.88kN。梁内的弯矩分布布如下图3-22所示：图3-22弯矩矩分布图最大正弯矩为2237kN**m，最大负弯弯矩为209kNN*m，若按间隔隔布置次梁（即即从左端起为为第1，3，4，5，6，7，9处布置次梁梁）进行计算算面外稳定，两两端的次梁间间隔为8.4m，面外计算算长度偏安全全取8.4m**2＝16.8m，均取最大大弯矩和轴力力进行计算面面外稳定性如如下：按压弯构件采用用公式：即：=315MMpa满足平面外稳定定性要求。中间段由于截面面较小，次梁梁间隔加密，为4.2m，面外计算长度偏安全取4.2m*2＝8.4m，均取最大弯矩和轴力进行计算面外稳定性如下：按压弯构件采用用公式：即：=315MMpa满足平面外稳定定性要求。综上所述，按照照上述方法施施工，张弦梁梁不会发生侧侧向失稳问题题。3.4吊装机械械及吊索的确确定●吊车确定：经经过结构吊装装计算采用KH7000-21550吨液压履带带吊及LTM11160/2型汽车起重重机（德国）进进行吊装作业业。150吨履带吊在在臂长为39m；作业半径径为8m；起重高度度为40m；仰角为800时，起吊重重量为68.7吨；160吨汽车吊在在臂长为39m；作业半径径为10m；起重高度度为42m；起吊重量量为36吨；而张弦弦梁起重重量量G=张弦梁自重重量+张拉索重量+铸钢件重量+扁担重量+吊索重量=22+11.6+3..3+3+00.6=300.5〈68.7吨，起重高高度为38.5米；桁架梁梁自重30吨起重高度度为38.5米；所以两两种型号吊车车均能够满足足吊装要求。依依据现场的实实际路面承重重情况进行了了计算，计算算结果完全满满足150吨履带吊及160吨汽车吊的的作业要求。●吊索确定：吊吊装用钢丝绳绳采用6×61直径66.5mmm钢丝绳。钢钢丝绳破断拉拉力计算：Fg=0.5dd2=0.5××66.522=22111.125KKN吊装时钢丝绳受受力计算：N=300.5÷2××9.8KNN÷COS4450=210..49KN钢丝绳安全系数数查建筑施工工计算手册表表13-3可得K=8钢丝绳容许拉力力计算：[FG]==aFg/KK=0.822×22111.125//8=2266.64KNN>210..49KN。满足吊装装要求吊装扁担设计扁担顶面形式扁担吊装时的受受力及变形桁架的主钢管为为三角形基本本单元，和连连接这些单元元的水平弦杆杆支撑钢管为桁架架顶面和斜面面处的斜向支支撑桁架主钢管采用用168*112支撑钢管采用889*4强度均采用Q3345B最后的分析结果果为：吊装过过程中，桁架架中杆件的最最大拉应力为为160Mppa，最大压应应力为102.886Mpa，均小于其其屈服强度315Mppa，并基本处处于弹性阶段段，变形不大大，满足吊装装使用要求。3.5第一榀张张弦梁安装就就位后的支撑撑体系经验算，第一榀榀张弦梁吊装装完成时，两两端焊接好以以后，钢梁自自重产生的索索力导至钢梁梁失稳，不能能满足要求。为保证钢钢梁吊装时不不至失稳，采采用以下措施施：zxl-3吊装时，在在钢梁变截面面处搭设独立立架子两个，张张弦梁直接放放在两端支座座和架体上，放放置效果同地地面拼装胎架架。架体采用用4000**4000**13.6mm扣件是脚手手架（满堂），楼楼板下采用同同样的方法加加固混凝土楼楼板实际工程现场施施工图片如下下图现场施工图第一榀吊装就位位后支撑体系系见下图两端支座中间搭架子中间搭架子梁端支座第一榀张弦梁吊吊装完毕后，用用经纬仪在张张弦梁的一端端观察大梁的的侧向弯曲，并并对大梁侧向向弯曲进行调调整，将侧向向弯曲矢高（）调整至小于L/1000且不大于10mm后，再进行柱脚的连接固定。然后立即吊吊装zxl-22,张弦梁就位位后同时进行行支座的固定定，并连接zzxl-2，zxl-33之间的次梁梁，连接好后后吊车摘钩。4工艺流程及操操作要点4.1施工工艺艺流程通过计算机对整个施工过程进行模拟分析，确定施工方案通过计算机对整个施工过程进行模拟分析，确定施工方案测量放线地面工作平台搭设张弦梁拼装张弦梁第一次张拉张弦梁吊装次梁安装张弦梁最终张拉竣工验收4.2操作要点点拼装平台搭建及及张弦梁现场场拼装张弦梁及桁架为为分段运输，需需在现场进行行拼装并进行行第一次张拉拉后方可吊装装。用28#槽钢搭设1000mmm×10000mm×44000mmm的拼装工作作平台。拼接接前先把平台台底部基础夯夯实，用水平平仪将各平台台高度找平。然然后张弦梁就就位，张弦梁梁预拼好后，用用水平仪及钢钢尺进行几何何尺寸校对。平台承载力计算算：平台采用28##槽钢作为平平台柱四根28#槽钢钢的平面面积积为A=40ccm2×4=1660cm22，张弦梁自自重为220KN，每个平台台承受的荷载载为N=2200KN/6==36.677KN即求得压应力为为δ=N/A==36.677×10000N/1600×100mmm2=2.299N/mm22<[δ]=2155N/mmm2满足要求。张弦梁拼装、张张拉胎架搭建建方式等见下下图。张弦梁对接完毕毕，首先应对对拼接焊缝按按设计及规范范要求进行探探伤，整体调调直并采取必必要的措施消消除焊接应力力。钢梁验收收合格后，对对号安装索体体撑杆。撑杆杆安装完毕，应应检查撑杆的的安装质量：：现场拼装图片见见下图张弦梁整体吊装装第一步吊装：张弦梁的安装顺顺序是从球形形报告厅向两两边进行安装装，先安装A-J轴的张弦梁梁。现场拼装装顺序及吊装装顺序平面布布置图如下：：先进行H-J轴轴间、H轴、G轴、F轴张弦梁的的吊装，采用用150吨履带吊。如图所示，吊车车在起吊H-J轴间张弦梁梁时，作业半半径约16米，起杆高高度39米，起重量量为51吨，H-J轴间张弦梁梁自重为30.5吨，满足吊吊装要求。先进行H-J轴轴间张弦梁的的吊装，用吊吊车把张弦梁梁从eq\o\ac(○,1)号位置垂直直吊起，使张张弦梁整体高高度超过屋面面高度后进行行旋转，如eq\o\ac(○,22)号位置所示示，旋转到eq\o\ac(○,33)号位置后进进行就位，其其它三榀梁也也按此方法进进行吊装。第第一榀张弦梁梁吊装就位后后用临时支撑撑体系固定，待待第二榀张弦弦梁安装就位位后用次梁进进行连接使之之形成稳定的的空间体系。经过计算，次梁梁最少连接7榀后才能保保证两榀张弦弦梁的整体稳稳定性，次梁梁连接布置图图如下：第二步吊装：利利用160吨汽车吊进进行剩余张弦弦梁的吊装，因因为汽车吊主主臂可以自由由伸缩，而履履带吊的主臂臂是固定的不不能伸缩。如上图所示将将C、D、E轴先在所示示位置拼装预预张拉完毕，160吨汽车吊站站在D轴的中间位位置。用汽车吊先把CC轴张弦梁垂垂直起吊22米(超过安装高高度)后旋转到吊吊装位置，然然后进行就位位。起吊时，吊吊车距C轴张弦梁10米，160吨汽车吊作作业半径10米，臂长39米时，起重重量为36吨，C轴张弦梁全全重16.5吨，满足吊吊装要求。如图所所示把C轴张弦梁吊吊装就位后，再再进行E轴张弦梁的的吊装。E轴张弦梁起起吊重量与C轴张弦梁相相同，160吨汽车吊满满足吊装要求求。E轴张弦梁吊装装就位后，把把160吨汽车吊移移动到C轴中心位置置然后进行D轴张弦梁的的吊装。安装装完E轴的张弦梁梁后160吨汽车吊移移动到L-U轴区域，进进行另一侧Q轴、R轴、S轴张弦梁的的吊装。5.材料与设备备本工法无需特别别说明的材料料，采用的机机具设备见下下表。机械名称规格数量备注吊装机械设备汽车式起重机KH700-22150KHH700-221501台用于30吨钢桁桁架及张弦梁梁安装汽车式起重机LTM11600/21台张弦梁安装起重倒链5吨4个安装校正起重倒链3吨10个安装校正千斤顶10~20吨5个卡环5~15吨20个钢丝绳0.5~1.55in若干条高强螺栓力矩器器5把安装紧固梅花扳手若干套安装紧固张拉千斤顶YCN（20tt）4张弦梁施加预应应力电动油泵ZB4-50004张弦梁施加预