關(guān)于 無錫碩放機(jī)場(chǎng)雨篷預(yù)應(yīng)力鋼拉桿張拉分析與應(yīng)用的研究
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作者：鄭曉敏
近幾十年來，空間結(jié)構(gòu)得到了迅猛發(fā)展，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用，使得具有特殊外觀造型的結(jié)構(gòu)形式得以實(shí)現(xiàn)。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)不同于一般的剛性結(jié)構(gòu)，剛性結(jié)構(gòu)是從幾何和材料中獲取剛度的，而預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)是通過張拉過程來獲取剛度，從而使結(jié)構(gòu)具有承載力。因此，張拉過程是構(gòu)成預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)。
1 工程概況
無錫碩放機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程在高架橋上方設(shè)有9榀蓮花瓣?duì)畲笮陀昱�，雨篷總長(zhǎng)216m，外挑24m，懸挑端最高點(diǎn)約27m。箱形空間曲梁由基礎(chǔ)向上蜿蜒交匯，端部設(shè)有梭形人字支撐，2根曲梁通過壓桿及高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼拉桿連成整體，預(yù)應(yīng)力鋼拉桿材質(zhì)為460級(jí)，直徑100mm。如圖1所示。
2卸載與張拉順序選擇
雨篷結(jié)構(gòu)可先卸載后張拉，亦可先張拉后卸載。先卸載后張拉需確定卸載后未張拉狀態(tài)下雨篷結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形；反之，先張拉后卸載需考慮卸載后索力的變化，此兩種工況需進(jìn)行比較分析，選擇最佳方案。對(duì)比分析未張拉情況下，卸載胎架后雨篷結(jié)構(gòu)應(yīng)力及位移和鋼拉桿張拉至1 000kN后卸載，雨篷結(jié)構(gòu)索力變化，可以得出：空間曲梁的剛度較大，且預(yù)應(yīng)力鋼拉桿位于空間曲梁的曲面內(nèi)，支撐胎架對(duì)其預(yù)張力的影響較小，卸載前后拉桿張拉力變化不大，但結(jié)構(gòu)卸載前后的豎向和水平向位移均較犬。
考慮到支撐胎架對(duì)張拉有一定的約束作用，存在多種不確定性因素，導(dǎo)致卸載后預(yù)應(yīng)力鋼拉桿的實(shí)際張拉力與設(shè)計(jì)偏差較大。因此，在有支撐胎架條件下安裝完全部鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力鋼拉桿，在雨篷完全卸載后，張拉預(yù)應(yīng)力鋼拉桿至設(shè)計(jì)索力。
3 單個(gè)雨篷張拉分析
單個(gè)單元鋼拉桿索力增加應(yīng)遵循同步緩慢的原則，避免結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過大，因此，3組鋼拉桿張拉采取分級(jí)張拉方法，保證索力逐步增加至設(shè)計(jì)值。如圖2所示。
預(yù)應(yīng)力鋼拉桿分為3批張拉，分別為T組、M組和B組，擬采取0->30%->60%->90%->100%的張拉方法，分別僅張拉至設(shè)計(jì)值的30%時(shí)，鋼拉桿內(nèi)力變化如表1所示。
由上述分析可得，若采取分批張拉且第1次張拉至設(shè)計(jì)索力的30%時(shí)，無論先張拉哪一批鋼拉桿，均會(huì)導(dǎo)致其余鋼拉桿受壓，因此應(yīng)調(diào)整第1次預(yù)張力，確保分批張拉過程中不會(huì)出現(xiàn)受壓桿件。由上述分析可以看出，先張拉T組鋼拉桿對(duì)其余未張拉鋼拉桿的影響相對(duì)較小，僅M組轉(zhuǎn)變?yōu)閴簵U，壓力為12kN；若先張拉B組，M組轉(zhuǎn)變?yōu)閴簵U，壓力達(dá)19kN；若先張拉M組則T組和B組均由拉桿轉(zhuǎn)變?yōu)閴簵U，且壓力荷載達(dá)29kN。因此，擬采取分批逐級(jí)張拉，張拉順序?yàn)門組->M組->B組，第1次張拉僅張拉至設(shè)計(jì)索力的10 0%。
采取0->10% -+30%->90%->100%的張拉方法，各個(gè)階段索力變化如表2所示。
分析2片雨篷間預(yù)應(yīng)力相互影響時(shí)，假定其中一片雨篷的預(yù)應(yīng)力鋼拉桿均已張拉至設(shè)計(jì)索力，另一片雨篷由底部鋼拉桿至頂部一次性張拉至設(shè)計(jì)索力，分析已張拉完成的雨篷鋼拉桿索力是否發(fā)生較大變化。結(jié)合上述有限元分析模型和鋼拉桿編號(hào)，其中1號(hào)雨篷為已經(jīng)張拉完成狀態(tài)，分析時(shí)2號(hào)雨篷拉索由2-3組->2-2組->2-1組，均張拉至100%設(shè)計(jì)索力。圖3為2片雨篷預(yù)應(yīng)力鋼拉桿編號(hào)。
張拉過程中拉桿索力變化如表3所示。
由上述分析可得，雨篷預(yù)應(yīng)力鋼拉桿張拉時(shí)相互間影響較小，結(jié)構(gòu)變形影響也較小。其中預(yù)應(yīng)力鋼拉桿的索力有增大也有降低，增大幅度最大為2. 1%、降低幅度最大為1.7%，因此，該結(jié)構(gòu)雨篷鋼拉桿可采取逐片張拉的施工方法。
5 結(jié)語
本文通過對(duì)胎架卸載與張拉順序、張拉過程中雨篷單元內(nèi)部及相鄰單元之間結(jié)構(gòu)及索力變化進(jìn)行了比較分析，選擇了胎架先行卸載、單元逐個(gè)張拉的施工順序，在張拉過程中對(duì)索力及結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，按照上述原則實(shí)施的張拉方案科學(xué)可行，為多組連續(xù)單元預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的張拉提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。
6[摘要]無錫碩放機(jī)場(chǎng)雨篷為9個(gè)相同的蓮花瓣單元，每個(gè)單元內(nèi)部設(shè)有3組高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼拉桿。張拉施工前需對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行分析研究：胎架卸載時(shí)間、張拉時(shí)單元內(nèi)部索力變化及結(jié)構(gòu)受力變化、張拉對(duì)相鄰單元的影響。采用大型有限元分析軟件ANSYS建立施工過程分析模型，通過對(duì)以上3點(diǎn)進(jìn)行分析比較，重點(diǎn)研究雨篷應(yīng)力、位移及索力的變化，制訂科學(xué)合理的張拉方案，確保結(jié)構(gòu)安全。
