北京机场南站站场张拉施工模拟验算

北京机场南站站场张拉施工模拟验算

1锚索梁端设计北京机场南路支线位于北京新t3大楼南侧。它是北京新机场的主要入口和出口，有24条车道。整个建筑采用了目前极具创意的膜结构设计新理念,钢、索、膜三者有效结合,造型美观,作为北京2008奥运会的重要配套项目,反映出北京的新气象、设计的新思维和新水平,具有标志性特征。1)整个建筑平面呈曲壳形,道路两边立4根桅杆,前后为边环索束,每根桅杆顶部交叉下拉7根吊索,拉住边环索,膜顶中间设置1根谷索,谷索与边环索之间由联系索连接,每根桅杆顶部有2根下拉索与外侧的锚座节点相连。建筑效果如图1所示。2)钢桅杆共4根,对称布置,支座为铰接。柱顶标高35.96m,柱长约30.359m,单根重约38t,钢桅杆通过拉索与地面锚座相连。主要钢索构件由边环索、下拉索、吊索、谷索、联系索等共165根钢索组成,总重约109t。其中,边环索共2组,前后对称布置,每组分为18段,每段各2根,由16个索夹串联而成。边环索通过4组吊索与4根钢桅杆拉接,每组吊索由7根吊索组成(见图2)。3)本工程跨度为149.6m,边环索中心标高为17.097m,谷索中心标高为15.705m,膜投影面积约3275m2设备投入的压力本工程施工的重点及难点是钢索体系的安装以及体系预张力的形成,所需投入的设备数量多、吨位大。结合本工程钢索体系安装的特点,首先根据钢索体系中每根主索的预应力数值及其特点确定钢索的施工顺序,并从设计上以及施工模拟验算上确保钢索安装的顺利实现。2.1吊索和谷索力本工程钢索体系如图2所示。在预应力荷载状态下,边环索、下拉索、吊索的内力如图3所示。从图3中可以看出,拉索、边环索的内力都比较大,吊索内力最大为2220kN,对于高空安装也是很困难的,谷索内力为1000kN,在地面张拉比较容易。同时在钢桅杆、下拉索、吊索、边环索安装完成后,可独立形成稳定的体系,谷索、联系索和膜没有安装之前,下拉索、边环索的内力应小于图中内力,因此钢索安装分2大步,即先安装钢桅杆、下拉索、吊索、边环索,形成独立的稳定体系,再安装谷索、联系索给体系逐步施加预张力。2.2施工模拟状态根据上述安装顺序,对吊索安装、下拉索张拉、边环索张拉、谷索张拉4个状态进行了施工模拟验算,作为张拉设备选择、测量监控和应力监测的依据,4个施工模拟状态如下:(1)状态1桅杆内倾、边环索放置于承重脚手架上时吊索的安装索力。(2)状态2吊索安装完毕后,钢桅杆下拉索张拉到位且边环索脱离脚手架时,下拉索的张拉索力。(3)状态3边环索两端张拉到位时,边环索的张拉索力。(4)状态4体系已形成,谷索两端张拉时,谷索的张拉索力。具体施工状态模拟验算结果如图4所示。3膜工程的安装程序3.1减少重拉索的张拉设备1)通过调整钢索预留张拉量和施工顺序,尽量减小下拉索、边环索、谷索等索的起重张拉设备,并尽量使用同一型号的张拉设备。2)高空安装的吊索、联系索等索尽可能使用轻型设备进行安装。3.2安装杆力确定1)利用钢桅杆下支座的铰接方式,将钢桅杆顶部内倾,以缩短吊索上部与下部的直线距离。2)将下拉索支座设计为可调螺杆方式,预留螺杆长度可根据施工过程中安装索力要求综合确定。3)将边环索两端支座处设计成可调螺杆方式,使边环索在吊索安装时内力尽可能小,同时通过边环索的加长,可使边环索向内、向高摆放,缩短吊索的安装距离,便于吊索的安装。通过以上设计以及施工顺序的合理安排,可有效地将索系大吨位预应力分散,有利于起重设备的选择。3.3拉索张拉下拉根据上述安装过程中的4个主要状态的施工模拟验算结果,张拉设备选型如下:(1)下拉索张拉(索力4340kN)4台320tQF型分离式油压千斤顶;(2)边环索张拉(索力5350kN)4台320tQF型分离式油压千斤顶;(3)谷索张拉(索力1060kN)2台100tQF型分离式油压千斤顶。3.4钢桅杆吊装梁端安装环索下方搭设承重脚手架→摆放索夹→边环索吊装连接→钢桅杆吊装→吊索安装→钢桅杆下拉索张拉到位→脚手架拆除→边环索两端张拉→谷索安装→联系索安装→谷索张拉→膜片安装。3.5安装步骤3.5.1标高搭设、搭设沿边环索下方搭设4m宽承重脚手架,按边环索的形状、标高进行搭设。脚手架的搭设形状、标高应进行施工模拟,以保证桅杆及下拉索张拉到位时边环索脱离脚手架,有利于脚手架的拆卸为原则。脚手架搭设时需预留联系南北的通道。3.5.2循环边界的悬挂按照模拟计算中各索夹的坐标位置进行索夹摆放,摆放位置需较为精确,可用全站仪跟踪监测。3.5.3连接边缘环的连接使用25t汽车式起重机自中间向两边分别吊装并连接边环索,最后将边环索两端的LS-1索与锚座螺杆连接。3.5.4钢桅杆吊装及吊装钢桅杆就近现场拼装,钢桅杆根据现场情况提前吊装,与脚手架搭设同时进行。吊装时将桅杆顶内倾,使用缆风绳将钢桅杆固定牢固,同时将桅杆下拉索与锚座螺杆连接。根据现场条件选用300汽车式起重机或250t履带式起重机。钢桅杆吊装完毕后,弦杆内浇筑C40混凝土,并养护。3.5.5吊索的安装模拟验算因桅杆内倾,吊索安装的直线距离缩短(缩短距离见图5括号内数字,单位为mm),此时吊索安装最大力约为50kN,故使用10t倒链可完成吊索的安装(此时吊索内力详见状态1模拟验算结果)。吊索按照从内到外、交叉进行、对称安装的原则进行,安装顺序如下:DS1→DS1A,DS2→DS2A……DS7→DS7A。3.5.6下拉索张拉到位吊索安装完毕且C40钢管混凝土养护达到要求后,进行钢桅杆下拉索的张拉,此时LS2,LS3索的张拉力分别为226,4340kN,故可分别使用4台20t、4台320tQF型分离式油压千斤顶将钢桅杆下拉索张拉到位,同时钢桅杆顶部恢复到设计位置(此时下拉索内力详见状态2模拟验算结果)。张拉节点形式如图6所示。3.5.7拆除框架墙经反复验算,下拉索张拉到位后,外环索及其索夹等构件脱离脚手架约5cm,此时可进行脚手架的拆除。3.5.8边环索张拉到位验算脚手架拆除到一定阶段后,可进行边环索的张拉,边环索张拉到位时的力值为5350kN,使用4台320tQF型分离式油压千斤顶可将边环索张拉到位(边环索内力详见状态3模拟验算结果)。边环索张拉节点如图7所示。3.5.9与谷索夹接1)在谷索安装位置投影下方的地面上将谷索摆放到位,安装谷索夹,并将联系索与谷索夹连接。2)使用32台10t倒链将谷索(连同联系索)提升至设计标高。3)连接谷索两端的开式接头(此时放到最长)。4)使用5t倒链将联系索与边环索连接到位。3.5.1谷索张拉到位模拟验算联系索安装完毕后,进行谷索的张拉,此时谷索的张拉力为1060kN,使用2台100tQF型分离式油压千斤顶可将谷索张拉到位(谷索内力详见状态4模拟验算结果),至此,索系安装完毕。3.5.11.膜安装本工程共分62个膜片单元,其中PTFE膜片共32片,最大膜片面积约为100m4施工模