秦皇岛某体育场预应力悬臂桁架综合施工技术

*****体育场预应力悬臂桁架综合施工技术摘要：为了了获得更大的的使用空间，悬悬臂结构以其其特有的结构构特点在钢结结构中的应用用越来越广泛泛，特别是预预应力这种可可以简化结构构受力形式、减减少结构用钢钢量的工艺在在悬臂桁架中中的应用，形形成了其独特特的结构形式式，因此其施施工工艺也不不同于一般的的钢结构，值值得进行探讨讨和研究。关键词：体育场场预应力悬臂桁架综合施工技技术一、******体育场钢结结构简介*****奥体体中心体育场场是我国申奥奥成功后修建建的第一座奥奥体运动场，结结构形式为预预应力空间悬悬挑钢桁架结结构，由24榀变截面箱箱型主桁架组组成，主桁架架后部以铰支支形式坐落于于砼柱上，单单榀自重最大大为52t，最大悬挑挑长度为41.8m，其重心在在支撑点外，为为保证结构受受力平衡，其其中部利用予予应力索拉起起，索的拉力力又通过柱顶顶的双立柱传传递到后拉杆杆上，然后从从下拉杆传递递到混凝土柱柱侧面的埋件件上。主桁架架之间标高各各异、波浪起起伏，整体造造型犹如马鞍鞍形。由于单榀桁架侧侧向极不稳定定，因此主桁桁架之间通过过ø402×12的弧型拱梁梁相互支撑，拱拱梁最大跨度度为30.8m，但拱梁为为平面外不稳稳定结构，因因此拱梁和主主桁架上弦通通过钢索连接接形成三角形形稳定体系。正正是这些打破破常规设计和和概念的不稳稳定体系组成成了本工程蔚蔚为壮观的屋屋架系统，同同时也为结构构的制作和安安装带来极大大的困难。主主要参数如下下表：序号结构名称结构特点相关数据1主桁架箱型变截面2.5m×2mm~4.5911m×2.55m2弧型拱梁弧形钢管ø402x122t，最长29.4mm3拉索钢芯钢丝索，外外面为PE护套ø55㎜4拱架索钢芯钢丝索ø53m本工程钢材的材材质均为Q345b，结构总重重约1800t。二、结构安装顺顺序根据主桁架受力力特点和结构构特征，确定定安装顺序如如下：承重架架-主桁架-双立柱-后拉杆-下拉杆-预应力索。1、首先安装承承重架是因为为主桁架为单单点支撑结构构，如果没有有其它支撑点点外，自身无无法稳定，因因此必须在前前端搭设承重重脚手架，形形成两点支撑撑的稳定体系系。2、根据应力传传递的路线，和和后部传力构构件的特征（本本身为三角形形稳定体系），双双立柱是一个个重要的受力力环节，没有有它结构前端端的重量就无无法传递到后后部，而且钢钢索和后拉杆杆的连接节点点也都在双立立柱上，因此此第二步必须须先安装双立立柱，并严格格控制其上部部节点的标高高，和本身的的垂直度。3、根据力学模模型的特点，再再安装后拉杆杆，使双立柱柱、后拉杆、和和主桁架成为为一个三角形形稳定体系，这这样就可以确确保其它构件件安装的精度度，减少安装装过程中各种种原因造成的的误差。4、安装预应力力钢索。通过过张拉赋予钢钢索预应力，这这样其它受力力构件随着钢钢索拉力的增增加逐渐完成成了荷载的的的施加。三、主要安装措措施1、安装方法的的选择。在综综合考虑了吊吊装机械的性性能、土建结结构外形的影影响、砼结构构受力状况、构构件的重量和和刚度等因素素后，确定了了大部分构件件整体吊装、部部分构件分段段吊装高空对对接、超大构构件双机抬吊吊的方案。2、施工机械的的选择。本着着经济适用的的原则，选用用了150t履带吊车和300t汽车吊作为为主要施工机机械。3、承重架的搭搭设。在搭设设承重架时，就就要考虑到工工程结束时如如何拆除承重重架，为此在在承重架的选选择上我们采采用架身为标标准节，标准准节顶部用脚脚手管搭设成成密集型的承承重脚手架，架架顶安放千斤斤顶，这样承承重架的抗压压和抗弯能力力就非常强，施施工时也比较较方便。4、主要测量监监控措施。主主要控制项目目包括主桁架架端头和支座座的标高、整整体的侧向位位移、平面扭扭曲度、双立立柱的标高和和垂偏。这些些项目同时也也影响到预应应力施加的精精度。由于现现场测量监测测控制面广，主主桁架除支座座外其余部分分均为悬空，如如采用以往施施工惯用的利利用水平仪和和钢卷尺、塔塔尺进行控制制的施工方法法，不但测量量精度无法保保障，而且施施工效率非常常缓慢，危险险性也较大。为为此我们充分分发挥了全站站仪等先进仪仪器的作用，采采取一步到位位的测量方法法，尽量减少少中间环节产产生的各种误误差，保证了了测量结果的的有效性和准准确性。我们们首先通过计计算确定控制制点的标高和和平面位置，利利用桁架整体体沿轴线方向向布置的特点点，在两端做做好控制标志志，用全站仪仪同时监控上上述三个控制制项目，使用用该方案不但但减少了中间间的控制环节节和累积误差差，保证了数数据的精确性性，而且还提提高了施工效效率。四、预应力钢索索的施工1、简介主桁架为悬臂桁桁架，设计采采用的是通过过斜拉索进行行固定，拉索索规格为直径径ø55㎜的钢芯钢钢丝索，外面面为PE护套，每根根拉索的调节节量为100㎜，按照GB/T118365--2001的标准，通通过3000KKN卧式拉力试试验机对弹性性模量进行检检测，拉索的的弹性模量为为E=1.995×1055MPa。钢索首先经经过预张拉，以以消除残留应应变，防止工工程中索因蠕蠕变效应而产产生松弛。预预张拉载荷至至少为钢丝绳绳破断荷载的的55％，次数数不少于两次次，每次持荷荷时间为600分钟。钢索容许应力（短短期）=钢索破断应应力/2.22钢索容许应力（长长期）=钢索破断应应力/3.00本工程中悬挑端端的重量是通通过拉索传递递到后部受力力体系的，因因此索的张拉拉直接影响到到钢结构以后后的变形量。而而由于索头构构造上存在的的缺陷，索的的张拉后来成成为制约工程程竣工验收的的瓶颈。我们们为此制作了了专用设备，并并经过了实践践的考验，为为国内索的张张拉提供了一一个新途径。2、拉索应力控控制的常用方方法=1\*GB3①利用弹性模量量进行控制。拉拉索的弹性模模量已经通过过实验得出，利利用公式ΔL=F/（E×S）（ΔL为达到拉力F时的伸长量量，F为拉力，E为弹性模量量，S为拉索截面面积）可以计计算出拉索需需要的伸长量量，在拉紧过过程中随时测测量拉索的长长度L1，计算出L1和拉索没有有受力前的自自然长度L2的差值，当当达到ΔL时拉力达到到设计值。=2\*GB3②出厂前在拉索索调节端的螺螺纹上做标记记。由拉索制制造厂家根据据设计要求的的数值，在出出厂前就在螺螺纹上做好标标记（标记的的计算原理和和上述方法相相同），当套套筒拧到标记记处时即表示示拉力已达到到设计值。=3\*GB3③通过带有压力力表和液压泵泵的专用设备备进行张拉。其其原理是通过过不断增加设设备作用在钢钢索锥头上的的压力来抵消消钢索在套筒筒上产生的拉拉力，进而可可以拧紧套筒筒，当设备卸卸荷后，套筒筒受力完成张张拉。该设备备带有压强表表，可以直接接读取压强值值P（单位MPa），但由于于是压强值，还还需要换算成成压力值，公公式是压力F（t）=102××P×S（S为张拉枪活活塞面积㎡），设设计允许变化化范围为±20%。3、预应力钢索索的施工=1\*GB3①施工方法的选选择。按照第第一、第二两两种方法施工工原理可行，但但在实际操作作时，由于结结构制作、安安装的偏差，可可能会出现超超过或未达到到设计值的情情况，而且对对拉力无法进进行精确控制制，因此在施施工中我们按按照第三种方方法进行张拉拉，并且当主主桁架和支撑撑全部安装完完毕，所有拉拉索经过二次次张拉后，在在拆除主桁架架前段的承重重架时，进行行最后一次张张拉。=2\*GB3②预应力施加工工艺。主桁架架整体受力体体系中所有的的杆件安装完完毕后，根据据设计提供的的预应力值对对钢索进行预预张拉，该值值为最大应力力的50%。首先通过过计算把该值值的单位换算算为压力表应应达到的兆帕帕值，便于人人员进行操作作。安放专用用工装设备进进行操作。当当达到所需兆兆帕值后，对对另一根索施施加预应力，然然后复测前一一根索的拉力力，观察张拉拉后一根索后后前一根索内内力的变化。检检查证明前一一根索的内力力没有变化。这这是因为两根根索产生拉力力的垂直分力力还没有抵消消主桁架作用用在前端承重重架上的压力力，主桁架在在承受这两个个拉力后并没没有向上产生生变形，这样样虽然两根索索没有同时张张拉，但其相相互之间并没没有影响。=3\*GB3③最后张拉。随随着主桁架前前端支撑结构构的拆除，原原来承重架所所承受的压力力转移给拉索索，造成索应应力的增加，当当承重架全部部拆除完毕后后，对索的拉拉力进行检测测，并对应力力小于设计值值的拉索进行行最后张拉达达到设计值。=4\*GB3④影响拉力值的的因素。索的的蠕变效应会会使拉力值变变小，但通过过工厂的预张张拉，它的影影响就变的非非常小。在本本工程中，影影响索的拉力力值的主要是是其它构件的的安装。这是是因为随着构构件的不断安安装，承重架架受到的压力力不断变大，这这样就造成基基础的沉降和和架顶承重件件的变形，而而出现主桁架架前端标高下下降的现象，进进而造成预应应力拉索长度度出现微小增增加，根据弹弹性变形的原原理，索的内内力也会呈现现增加趋势。=5\*GB3⑤钢索构造中的的问题。索的的拉力的调整整是通过旋转转中间的套筒筒进行的，原原理和花篮螺螺丝一样，但但索产生的拉拉力是普通花花篮螺丝的上上百倍，因此此套筒螺纹和和锥头螺纹之之间的摩擦力力也是普通花花篮螺丝的上上百倍，这么么大的摩擦力力靠人工是无无法克服的。因因此必须设法法减小摩擦力力才能进行张张拉。而减小小摩擦力的直直接方法就是是减小螺纹之之间的压力。这这样就需要制制作专用设备备进行操作，增增加施工难度度和成本。五、支撑结构拆拆除前后桁架架挠度和拉索索应力值的变变化分析本工程主体结构构为悬臂结构构，在整体没没有闭合之前前，该设计形形式会对支座座部分的混凝凝土柱产生巨巨大的弯矩，为为了最大限度度满足设计时时采用的计算算模型所依据据的工况，所所有主桁架前前端的支撑在在所有恒荷载载施加以后再再进行拆除，以以实现设计计计算模型需要要达到的工况况，而且主桁桁架高低错落落，形似马鞍鞍型，主桁架架依靠内环桁桁架进行支撑撑，当结构依依靠内环桁架架闭合以后，就就会在内环切切线沿主桁架架方向产生巨巨大的推力，这这部分外力可可以抵消部分分主桁架自重重产生的弯矩矩，因此承重重架拆除顺序序的选择对结结构挠度影响响很大。1、设计挠度值值各榀悬臂主桁架架最大设计挠挠度值如下表表所示：1#、1'#主主桁架最大挠度值2#、2'#主主桁架最大挠度值3#、3'#主主桁架最大挠度值4#、4'#主主桁架最大挠度值1701601801505#、5'#主主桁架最大挠度值6#、6'#主主桁架最大挠度值7#、7'#主主桁架最大挠度值8#、8'#主主桁架最大挠度、9'#主主桁架最大挠度值10#、10''#主桁架最大挠度值11#、11''#主桁架最大挠度值12#、12''#主桁架最大挠度值901108090从表中可以看出出，在自由状状态下，悬臂臂结构端头的的变形非常大大，这样就会会对相邻结构构产生较大的的影响，如果果控制措施不不得力，有可可能造成其它它结构的永久久变形，特别别是对钢索的的拉力也会产产生直接影响响。2、承重架拆除除方案=1\*GB3①拆除顺序的选选择。根据结结构特征和力力学状况，我我们选择从高高处向低处拆拆除的施工顺顺序。因为如如果从低处向向高处拆除，低低处的桁架通通过两侧内环环会对相临的的两个主桁架架产生向下的的拉力，而且且在自重作用用下它也会向向下下沉，虽虽然相临桁架架对它有一个个拉力，但它它仍会以和内内环桁架的连连接部位为节节点下沉。这这样随着拆除除的进行，高高处的桁架受受低处桁架的的影响会产生生下沉的趋势势，低处的桁桁架则会越来来越低，这样样等承重架拆拆除完毕后，结结构整体的变变形就会很大大。如果从高处向低低处拆除，低低处的桁架通通过内环会对对主桁架产生生向上的支撑撑力，而且在在自重作用下下它也不会下下沉。=2\*GB3②拆除方法。本本工序是整个个体育场钢结结构施工最后后一道工序了了，为确保工工程质量，避避免发生意外外事故，确定定采用分次降降低承重架顶顶支撑平台高高度的方法，四四次逐步降低低平台高度，避避免相临主桁桁架出现较大大的高差，而而产生变形破破坏。根据设设计单位提供供的各榀主桁桁架最大挠度度值，以其值值的四分之一一作为控制值值逐渐降低平平台高度。当当平台完全脱脱离主桁架后后，整个屋盖盖呈自由状态态时，静置1～2天，然后对对主桁架下拉拉杆和埋件的的焊缝进行认认真细致的检检查，同时对对整个屋盖端端头的标高和和侧向位移进进行复测，发发现问题及时时提出处理，如如果没有发现现问题，则拆拆除标准节。=3\*GB3③技术保障措施施。拆除过程程中用经纬仪仪和全站仪随随时监测主桁桁架侧向位移移和标高变化化，避免出现现挠度值超过过设计值，当当整个屋盖呈呈自由状态时时，静置1～2天进行标高高复测，观测测主桁架标高高变化，同时时要检测索的的应力变化。3、挠度变化主桁架前端支撑撑平台分四次次进行降低，在在降低过程中中前两次每榀榀主桁架前端端也以其最大大挠度的四分分之一下降，当当第三次进行行降低时部分分桁架的下降降值达不到四四分之一，当当第四次进行行降低时部分分桁架在降低低过程中停止止下降，分析析原因是支撑撑结构对主桁桁架有很大的的支撑力，随随着支撑结构构的拆除，支支撑力释放，主主桁架下挠，在在下挠过程中中拉索变长拉拉力增加，阻阻止了主桁架架下挠，当拉拉力增加到和和结构重力平平衡时，主桁桁架停止下挠挠。当平台完全脱离离主桁架后，整整个屋盖呈自自由状态时，静静置1～2天，对整个个屋盖端头的的标高进行复复测，发现变变化很小，均均未超出设计计值。4、索的应力值值的变化随着主桁架前端端支撑结构的的拆除，原来来承重架所承承受的压力转转移给拉索，造造成索应力的的增加，当承承重架全部拆拆除完毕后，对对索的拉力进进行检测，发发现所有的拉拉索的应力值值均未达到设设计值。对应应力小于设计计值的拉索进进行最后张拉拉达到设计值值。通过上述方法进进行控制，主主桁架挠度和和拉索应力值值均未超出设设计值，对相相邻结构也未未造成损坏，使使结构一次达达到设计状态态。六、防腐施工技技术1、环境特点*****体育育场钢结构工工程施工地点点濒临海洋，结结构投入使用用后受海洋盐盐雾气候的影影响较大，因因此对防腐涂涂料涂装工艺艺的要求非常常苛刻。其旁旁边已投入使使用的*****体育馆就曾曾出现较为严严重的锈蚀现现象。2、使用材料本工程底漆采用用符合环保要要求的水性富富锌涂料，面面漆采用氯化化橡胶漆（银银灰色），底底漆涂刷两遍遍，每遍厚度度35um，面漆涂刷刷两遍，每遍遍厚度30um。水性富锌涂料双双组份，由基基料为一组份份，锌粉为一一组份。其基基料是由水溶溶性硅酸纳及及添加多种助助剂，活性稀稀释剂等组成成，其锌粉是是由300目锌粉组成成。基料与锌粉以（15：45）（重量比比）的比例配配制使用。3、产品特点=1\*GB3①本产品防锈能能力强，并有有阴极保护和和导静电作用用。水性富锌锌涂料涂层附附着力强，机机械强度好，不不影响焊接，是是性能优良的的环保型涂料料，可单独使使用，也可用用作防锈底漆漆。=2\*GB3②本产品为两组组份，使用上上较三组份的的环氧富锌底底漆方便得多多。=3\*GB3③对上层面漆不不渗色，适合合与白色或彩彩色面漆配合合。=4\*GB3④适用范围：主主要用于钢结结构、房梁架架、贮罐、钢钢管、桥梁、集集装箱、船舶舶、海上石油油平台和海港港设施的重防防腐工程，也也可作为车间间预涂底漆和和防静电涂料料使用。4、技术要求=1\*GB3①主要技术指标标序号项目单位技术指标1涂料粘度（涂4，25℃℃）s35－702涂层表干时间（25℃，hrr）≤0.53涂层实干时间（25℃，hrr）≤244涂层外观灰色、半光5涂层附着力级≤16涂层柔韧性㎜≤17涂层耐冲击㎝≥508涂层耐盐水（3％，20dd）不生锈9涂层最高使用温温度℃40010钢材表面喷砂Sa2.5=2\*GB3②涂装技术要求求a涂装分为节节点补漆、破破损部位补漆漆、大面积涂涂漆三部分。b补漆、破损损部位补漆前前必须