张弦梁钢拉杆张拉施工方案.docx

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***工程-屋面采光顶张悬梁安装方案

第1章工程概况

本工程为***，本方案主要对屋面钢架采光顶下弦结构施工。

绝大部分屋面梁为圆管桁架张拉梁，上弦杆与腹杆为圆管，下弦张拉杆为圆钢杆件，上弦杆截面最大规格为Φ219×14，下弦杆规格为D30，腹杆规格为Φ133×5，下弦钢拉杆采用D30，材质Q345B，侧向采用D30的横向稳定索。

采光顶一平面布置图

采光顶二平面布置图

局部张弦梁三维图

三维轴测图

表2.2索具装配形式

张弦梁下弦采用D30的钢拉杆，根据厂家提供要求共有两种样式钢拉杆，及中间带连接套筒和中间不带连接套筒，如图2.1所示。

中间带连接套筒

中间不带连接套筒

钢拉杆示意图

1.1技术准备

预应力钢拉杆施工专业化程度很高，前期需要大量的技术性工作，主要包括深化设计方案的制定、下料找型分析、深化设计、索夹实验、施工过程仿真分析、和施工方案的编制等，又因索产品是在工厂加工的成品运至现场，一旦前期准备工作出现偏差将严重影响工程施工质量、进度和安全，故前期技术准备工作是索结构施工的核心环节。

1.1.1技术沟通与配合

综上所述，前期技术准备具有非常主要的核心地位，且需要各方协同工作，参与单位一般有建设单位、设计单位、总承包单位、钢结构施工单位、索材供应商、节点产品供应商以及索专业施工单位，各参与单位的主要交叉内容如下：

序号

项目名称

内容

1

钢结构参建单位的技术配合与交流

共同研究和参与编制钢结构专业施工单位整体钢结构施工方案，包括钢结构的施工流程、整体方案、时间节点、支撑架搭设、场地规划等，共同复核钢构件的施工偏差，并制定确实可行的解决预案。

2

设计单位的技术配合与交流

（1）施工之前与设计单位确定张拉初始态、节点方案、实验研究、深化设计和制定施工过程中的处理预案等；

（2）施工过程中，将现场的施工情况，尤其是施工异常情况及时反馈于设计单位，确保施工过程安全、可靠；

（3）施工完毕后，提交整套的施工资料和现场数据，设计单位确定验收方案；

3

总承包单位的技术配合与交流

明确施工任务，共同制定索结构施工专项方案，各项施工计划，包括整体施工进度计划、材料进场计划、人员及设备进场计划等，另外，施工用电、场地规划等要重点沟通与交流；施工完毕后，共同整体科研成果；

4

索材及节点产品供应商

各类索材及节点材料的技术参数交流、复核以及核算，索产品的使用说明和注意事项，以及各类产品的供应周期等，这些都是影响施工进度和整体施工质量；

5

建设单位和监理单位的技术配合与交流

及时报验各类材料、施工用工器具等，实施进行各项施工过程中及专项工程竣工验收，及时将各类施工数据上报监理、建设单位等。

1.1.2找型计算

找型计算是指索结构施工前确定索材在零应力状态下的长度确定，因为索结构的拓扑性较强，该过程一般需要通过计算分析得出，是索结构前期准备工作的核心内容。

一旦索结构的下料不准确会导致索构件安装不上或得不到设计张拉值，将是个严重的质量施工，本方案根据本工程的特点通过midasgen有限元分析软件对该模型进行整体建模和找型计算，如图4.1所示，并确定每个索构件的下料长度详见我司出具的深化设计图。

初始态下的竖向位移云图

1.1.3深化设计

1）深化设计的重要性和必要性

施工任务明确后，便组织工程技术人员熟悉施工图纸，并根据设计图纸对各连接部位进行深化设计，深化设计内容包括索与其他构件之间的连接做法、索夹及其连接锚具的做法、索构件装配尺寸，通过第4.1.2节的叙述可知，索构件的装配尺寸需在找型计算的基础上确定的零应力状态下的装配尺寸。

深化设计完成后形成一整套深化设计图纸提供各方进行复核，同时提供施工现场工程师，进行施工准备。

2）深化设计原则和注意事项

第一：

深化设计以安全可靠和实现设计意图为第一原则；

第二：

深化设计要照顾后期的索结构施工，要便于施工、可实施性强；

第三：

深化设计要考虑工程成本，要经济合理、避免无端浪费；

第四：

外形美观、观感性要强，人们热衷于索结构的因缘之一便是索结构的造型独特、外表美观，因此索结构的深化设计要在之前的几个原则基础上追求结构受力与外观的完美结合。

3）深化设计及节点安全性验算

节点深化设计先根据设计图纸采用专业软件进行三维实体放样，再确定节点的形式、尺寸，如图下图所示。

节点深化设计内容包括索具与铸钢连接节点的匹配设计、铸钢连接节点与钢构件的匹配设计等，本方案拟定几个部位的节点设计方案如下表：

表4.1节点设计一览表

构件名称

构件尺寸

材质

截面形式

索夹节点

见详细图纸

铸件

耳板节点

见详细图纸

铸件

柱脚节点

见详细图纸

零件

因索结构的个异性，各个结构节点不尽相同，没有统一的标准做法，因此索结构节点在设计完成后需要进行节点安全性验算，对于受力特别复杂的节点，甚至还需要进行节点试验。

本工程索结构连接节点传力相对明确，且国内已经存在类似结构的成功经验，本方案对索结构节点进行有限元分析结果如下表：

表4.2索夹受力有限元分析表

构件名称

构件尺寸

材质

截面形式

类似工程索夹有限元分析

类似工程索夹有限元分析

1.2人员安排

组织技术精干劳动力队伍，根据各工序施工特点专业化程度高的集成队伍，如安装队、张拉队、特种工种队、专业维修队、测量队、后勤保障队等，劳动力配置情况详见表3.1，其中不包括专业架子施工队。

表3.1劳动力配置表

序号

队伍名称

高峰时队伍数量

队伍组成人员

拉要施工任务

队伍数量

人数

安装工

张术工

吊术工

力工

焊工

专业技术人员

1

安装队

1

4

√

√

√

√

拉索的安装施工

2

张拉队

1

4

√

√

√

√

拉索的张拉施工

4

专业维修队

1

1

√

√

维护和维修设备

5

测量队

1

2

√

施工过程监测

6

后勤保障队

1

2

√

√

为施工提供后勤服务

合计

6

1.3吊装分析

本工程总使用2#塔吊TC7035和三号塔吊TC7052（塔吊位置见施工平面布置图），吊装分析按照二个区域进行分析分别为A区、C区：

1.3.1塔吊性能表

（1）TC7052塔吊性能表

（2）TC7035塔吊性能表

1.3.2A区塔吊吊装分析

由上图可知A区塔吊在15轴/F轴，不存在吊装盲区。

由于在本工程中拼装完成后最终桁架重量为2.5吨，而A区2号塔吊50米臂处可吊重为5.2吨，完全可以满足本工程吊装重量。

1.3.3C区塔吊吊装分析

由上图可知C区塔吊50米臂在35轴/F轴，不存在吊装盲区。

由于在本工程中拼装完成后最终桁架重量为2.5吨，而C区3号塔吊50米臂处可吊重为5.2吨，完全可以满足本工程吊装重量。

第2章张弦梁体系钢拉杆安装施工

本工程钢拉杆的施工主要分为安装施工和张拉施工两个步骤，辅以施工过程中的监测控制。

钢拉杆的安装施工根据使用部位不同分为地面安装和空中安装两种，D30钢拉杆与随同钢桁架在地面进行安装，D30稳定杆在空中安装。

第一步：

张弦梁上弦杆地面拼接（A区在15-22轴北部货场、C区在30-33轴北部货场拼装；

第二步：

钢拉杆地面安装；

第三步：

钢拉杆地面张拉（设计张拉力为40kn）

每榀张弦梁在地面组装完成后，进行第一次张拉，并进行吊装；整体结构到位，并且檩条安装完成后，进行第二次张拉，张拉过程中采取对称分批张拉完成。

张拉设备采用预应力钢结构专用千斤顶和配套油泵、油压传感器、读数仪。

根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对油压传感器及读数仪进行标定。

第四步：

单榀张弦梁整体吊装；

第五步：

依次步骤吊装其余张弦梁；

第六步：

区域安装完成后，对结构进行整体变形监测，对误偏差较大的局部地方进行补张调整；

第七步：

空中安装横向稳定索。

（注：

需要施工操作平台）

张弦梁吊装示意图

2.1钢拉杆防护

（1）钢拉杆在防护前必须表面处理，认真除污。

本工程采用合金钢拉杆，杆体直接裸露在外。

在施工过程中，为了避免对裸露钢拉杆造成损伤，在钢拉杆出厂时，首先在钢拉杆外面缠绕一层塑料薄膜，然后在外面增加薄毛毡及塑料带。

到达现场后，在放拉杆过程中也要对拉杆体进行保护，防止其摩擦破坏。

（2）预应力钢拉杆及配件运输及吊装、运输过程中尽量避免碰撞挤压。

（3）为了防止在钢结构焊接过程中飞溅的火花灼伤拉杆体，一方面要在拉杆体表面缠绕防火布防护；同时如果焊接部位正下方有拉杆体经过时，要在焊接部位下面搭设防止火花飞落的防火板，避免火花直接飞落到拉杆体上。

（4）预应力钢拉杆及径向钢拉杆在铺放使用前，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。

2.2预应力拉杆的安装

根据上述施工部署，D30钢拉杆安装主要在地面完成，拉杆最大长度约15m，单重约230kg，因此直接采用人力安装就位，安装时采用3~4各健壮力工，人力搬运至安装地点，然后进行安装施工；D30稳定杆由于在空中作业，应事先打好施工操作平台，然后采用手动葫芦将拉杆吊运至安装部位，如图所示：

图4.2D30稳定杆的安装就位

1.3.4预应力张拉施工

本工程钢拉杆张拉端在拉杆的中间，张拉节点位于径向杆连接套筒处，施加预应力的方法是：

根据设计张拉力的值，通过油泵将油压传给两个千斤顶，然后调节自身的调节套筒达到所要施加的力。

其工作示意图如下：

液压千斤顶张拉施工图

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拉杆重合，以保证预应力钢拉杆在进行张拉时不产生偏心；

在油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢拉杆设计拉力时，超张拉5％左右，然后停止加压。

张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。

类似工程图片

1.4施工过程有限元仿真

1.4.1施工仿真的目的和意义

由于在预应力钢拉杆张拉完成前结构尚未成形，结构整体刚度较差，因此必须应用有限元计算理论，使用有限元计算软件进行预应力钢结构的施工仿真计算，以保证结构施工过程中及结构使用期安全。

施工仿真计算实际上是预应力钢结构施工方案中及其重要的工作。

因为施工过程会使结构经历不同的初始几何态和预应力态，这样实际施工过程必须和结构设计初衷吻合，加载方式、加载次序及加载量级应充分考虑，且在实际施工中严格遵守。

理论上将概念迥异的两个阶段或两个状态分别称为初始几何态和预应力态，这两个状态的分析理论和方法是不同的。

在施工中严格地组织施工顺序，确定加载、提升方式，准确实施加载量、提升量等是必要的。

施工仿真具体目的及意义如下：

1、验证张拉方案的可行性，确保张拉过程的安全；

2、给出每张拉步钢拉杆张拉力的大小，为实际张拉时的张拉力值的确定提供理论依据；

3、给出每张拉步结构的变形及应力分布，为张拉过程中的变形及应力监测提供理论依据；

4、根据计算出来的张拉力的大小，选择合适的张拉机具，并设计合理的张拉工装；

5、确定合理的张拉顺序。

1.4.2施工仿真

本工程采用有限元仿真技术，分析了从桁架的单榀桁架在胎架上的拼装制作、单榀桁架的起吊过程到桁架整体张拉等8种工况，桁架的起吊过程取15°为一种工况，共计七个过程，如图所示。

从0°至90°起吊过程示意图

本方案采用ANSYS12.0和Midasges两种有限元软件进行仿真计算，得出每种工况的计算结果如表下表。

仿真计算结果表明，单榀桁架下弦在施加100%预拉力时，随着吊装施工的进行，在桁架自重的作用下，拉杆中逐渐产生预拉力，当桁架安装后，预拉力约达到设计预拉力的90%。

另外，钢构件在整个吊装施工到单榀桁架安装完成，其竖向最大变形仅为3.75mm，且从各种工况的变形云图上看，桁架的变形较为均匀；桁架钢构件在吊装至安装过程中的应力最大为13.7Mpa，远小于钢构件的设计应力，因此，可以认为钢桁架在吊装过程中并没有产生塑性变形，整个施工过程较为安全。

以A区为例，本次仿真计算还分析了该桁架结构整体张拉后的情况，在预应力施加后，整体结构变形较为均匀，能够满足结构的正常使用。

各工况仿真计算结果

序号

工况名称

预应力（kN）

最大索力（kN）

钢构件应力（Mpa）

结构变形（mm）

备注

X

Y

Z

1

地面拼装

0

0

1.73

-0.031

钢构件应力远小于设计应力，表明吊装过程没有产生较大的塑性变形

2

起吊15°

0

0

10.8

0.22

-3.4

3

起吊45°

0

0.2

10.8

0.8

-3.08

4

起吊45°

0

0.3

10.7

1.08

-2.66

5

起吊60°

0

0.5

10.6

1.24

-2.24

6

起吊75°

0

0.6

10.5

1.3

-1.95

7

桁架吊装

0

1.4

10.4

1.29

-1.82

8

桁架安装

0

15.76

13.78

-3.75

地面拼装索力云图

地面拼装钢构件应力云图

地面拼装Z向变形云图

起吊15°拉杆拉力图1起吊15°钢构件应力图

起吊15°桁架竖向变形图起吊15°桁架水平变形图

起吊30°拉杆拉力图起吊30°钢构件应力图

起吊30°桁架竖向变形起吊30°桁架水平变形

起吊45°拉杆内力云图起吊45°钢构件应力云图

起吊45°桁架竖向变形图起吊45°桁架水平变形图

起吊60°拉杆内力云图起吊60°钢构件应力云图

起吊60°竖向变形云图起吊60°水平变形云图

起吊75°索力云图起吊75°钢构件应力云图

起吊75°竖向变形云图起吊75°水平向变形云图

起吊90°拉杆内力图起吊90°钢构件应力图

起吊90°桁架竖向变形图起吊90°桁架水平变形图

安装施工索力云图

安装施工钢构件应力云图

安装后桁架竖向变形云图