大跨度預應力鋼結構施工質量控制

王育晉

(山西協誠建設工程項目管理公司，山西太原 030009)

1 工程概況

山西體育中心體育館，是一個可以舉辦國際單項賽事和國內綜合賽事的大型甲級體育建筑。建筑面積:2.7萬m2;建筑高度:30 m;比賽場屋面結構形式為:大跨度多重弦支網殼鋼結構，主要由7榀主索桁架、6榀次索桁架及其他鋼構件組成;主索由265根φ5鋼絲束組成，次索由109根φ5鋼絲束組成;比賽場跨度67.2 m～87.7 m，多重弦支網殼鋼結構預應力張拉施工，是整個工程施工的難點和重點，現將施工質量控制基本情況介紹如下供大家參考。

2 施工難點及對策

2.1 預應力張拉順序

理論上說，全部預應力主、次索采取同步張拉的施工方法，索力及主桁架、豎向變形，支座水平變形易達到理想狀態，但采取這一張拉方法，需配備大量的張拉工裝設備及管理和操作人員，且指揮協調難度極大。

通過分析論證本工程采取了先對稱兩兩同步張拉預應力主索，再對稱兩兩同步張拉預應力次索的張拉順序。即:1)依次張拉③軸，○15軸;⑤軸，○13軸;⑦軸，○11軸;⑨軸;預應力主索。2) 預應力主索張拉完成后，依次同步張拉②軸，○14軸;⑥軸，○12軸;⑦軸，⑩軸預應力次索的施工順序，具體見圖1。

2.2 索力及變形的控制

索力及變形是指，對鋼索施加預應力后桁架及支座的變形，即跨中豎向位移、支座水平位移。兩者必須匹配(符合設計規定)，如果不匹配索力超標，變形過大將導致悲劇性事故發生，通過大型有限元分析軟件(ANSYS)對工況進行分析，給出了施工理論拉力值(方案)具體見表1。確定了控制原則:以索力控制為主，變形位移控制為輔，變形作為控制張拉過程的參考。并在過程中進行嚴格監控，及時與有關方溝通。

圖1 體育館預應力主、次索示意圖

2.3 張拉對其他結構的影響

本工程施工順序應為，主桁架預應力張拉完成后，方可進行與主桁架相連的兩側魚腹式桁架安裝，但由于工期的原因，須提前進行主桁架兩側魚腹式桁架安裝施工。這就可能由于預應力張拉引起支座位移，而導致魚腹式桁架產生附加應力而影響結構安全。經分析研究確定采取以下措施:魚腹式桁架一端支座固定，另一端與主桁架相連支座變成臨時活動支座，待預應力施工完成后進行焊接固定。

3 預應力張拉施工及質量控制

3.1 預應力張拉準備

1)預應力張拉施工方案編制的成敗，是預應力張拉的關鍵工作。為此首先按有關規定、程序對施工方案組織有關專家進行論證、審批。2)預應力張拉施工監控。預應力索張拉過程中，按照監控方案選取有代表性的三榀主桁架進行了監控，并與施工油壓表換算預應力張拉值進行比對，判定誤差滿足要求(－2%～5%)。3)對張拉工器具特別是油壓表的標定進行檢查驗收。

3.2 預應力張拉

預應力索設計張拉力，主索:1 294 kN;次索:582 kN。張拉力分8級進行，第一級為設計值的30%，余下各級為10%，各級實際張拉力與設計張拉力誤差+5%～－2%。應用大型有限元分析軟件ANSYS對施工工況分析，給出了各索施工理論(方案)張拉力及變形值，見表1。張拉過程分五級:0%→25%→50%→70%→90%→100%(按施工張拉索力)第五級張拉完成后，考慮到錨固預應力損失，在理論施工張拉力的基礎上，超張拉至105%。施工理論(方案)張拉力與實際張力見表1。預應力張拉全過程對主桁架跨中豎向位移，支座水平位移，用全站儀進行動態監測，見表2。為了核實張力值由第三方監測單位，按照提前制定的監測方案，抽取有代表性的三榀主桁架進行監測，見表1。

表1 主、次索方案索力及最終張拉索力值表kN

表2 主、次索預應力張拉最終位移值表 mm

4 預應力張拉情況及分析

1)最終張拉索力符合設計要求，偏差在允許范圍內(－2% ～+5%);

2)主桁架豎向位移、水平位移，比方案理論值大，桁架中心豎向位移在20 mm以內;支座水平位移在5 mm以內;

3)根據最終索力值、位移值，進行了模型數據分析。預應力張拉完成后的結構受力狀態較理想，基本符合施工方案提交的分析依據。結論:體育館弦支網殼預應力張拉符合設計要求，結構安全。