北京機場南站站場張拉施工模擬驗算

1錨索梁端設計北京機場南路支線位于北京新t3大樓南側。它是北京新機場的主要入口和出口，有24條車道。整個建筑采用了目前極具創意的膜結構設計新理念,鋼、索、膜三者有效結合,造型美觀,作為北京2008奧運會的重要配套項目,反映出北京的新氣象、設計的新思維和新水平,具有標志性特征。1)整個建筑平面呈曲殼形,道路兩邊立4根桅桿,前后為邊環索束,每根桅桿頂部交叉下拉7根吊索,拉住邊環索,膜頂中間設置1根谷索,谷索與邊環索之間由聯系索連接,每根桅桿頂部有2根下拉索與外側的錨座節點相連。建筑效果如圖1所示。2)鋼桅桿共4根,對稱布置,支座為鉸接。柱頂標高35.96m,柱長約30.359m,單根重約38t,鋼桅桿通過拉索與地面錨座相連。主要鋼索構件由邊環索、下拉索、吊索、谷索、聯系索等共165根鋼索組成,總重約109t。其中,邊環索共2組,前后對稱布置,每組分為18段,每段各2根,由16個索夾串聯而成。邊環索通過4組吊索與4根鋼桅桿拉接,每組吊索由7根吊索組成(見圖2)。3)本工程跨度為149.6m,邊環索中心標高為17.097m,谷索中心標高為15.705m,膜投影面積約3275m2設備投入的壓力本工程施工的重點及難點是鋼索體系的安裝以及體系預張力的形成,所需投入的設備數量多、噸位大。結合本工程鋼索體系安裝的特點,首先根據鋼索體系中每根主索的預應力數值及其特點確定鋼索的施工順序,并從設計上以及施工模擬驗算上確保鋼索安裝的順利實現。2.1吊索和谷索力本工程鋼索體系如圖2所示。在預應力荷載狀態下,邊環索、下拉索、吊索的內力如圖3所示。從圖3中可以看出,拉索、邊環索的內力都比較大,吊索內力最大為2220kN,對于高空安裝也是很困難的,谷索內力為1000kN,在地面張拉比較容易。同時在鋼桅桿、下拉索、吊索、邊環索安裝完成后,可獨立形成穩定的體系,谷索、聯系索和膜沒有安裝之前,下拉索、邊環索的內力應小于圖中內力,因此鋼索安裝分2大步,即先安裝鋼桅桿、下拉索、吊索、邊環索,形成獨立的穩定體系,再安裝谷索、聯系索給體系逐步施加預張力。2.2施工模擬狀態根據上述安裝順序,對吊索安裝、下拉索張拉、邊環索張拉、谷索張拉4個狀態進行了施工模擬驗算,作為張拉設備選擇、測量監控和應力監測的依據,4個施工模擬狀態如下:(1)狀態1桅桿內傾、邊環索放置于承重腳手架上時吊索的安裝索力。(2)狀態2吊索安裝完畢后,鋼桅桿下拉索張拉到位且邊環索脫離腳手架時,下拉索的張拉索力。(3)狀態3邊環索兩端張拉到位時,邊環索的張拉索力。(4)狀態4體系已形成,谷索兩端張拉時,谷索的張拉索力。具體施工狀態模擬驗算結果如圖4所示。3膜工程的安裝程序3.1減少重拉索的張拉設備1)通過調整鋼索預留張拉量和施工順序,盡量減小下拉索、邊環索、谷索等索的起重張拉設備,并盡量使用同一型號的張拉設備。2)高空安裝的吊索、聯系索等索盡可能使用輕型設備進行安裝。3.2安裝桿力確定1)利用鋼桅桿下支座的鉸接方式,將鋼桅桿頂部內傾,以縮短吊索上部與下部的直線距離。2)將下拉索支座設計為可調螺桿方式,預留螺桿長度可根據施工過程中安裝索力要求綜合確定。3)將邊環索兩端支座處設計成可調螺桿方式,使邊環索在吊索安裝時內力盡可能小,同時通過邊環索的加長,可使邊環索向內、向高擺放,縮短吊索的安裝距離,便于吊索的安裝。通過以上設計以及施工順序的合理安排,可有效地將索系大噸位預應力分散,有利于起重設備的選擇。3.3拉索張拉下拉根據上述安裝過程中的4個主要狀態的施工模擬驗算結果,張拉設備選型如下:(1)下拉索張拉(索力4340kN)4臺320tQF型分離式油壓千斤頂;(2)邊環索張拉(索力5350kN)4臺320tQF型分離式油壓千斤頂;(3)谷索張拉(索力1060kN)2臺100tQF型分離式油壓千斤頂。3.4鋼桅桿吊裝梁端安裝環索下方搭設承重腳手架→擺放索夾→邊環索吊裝連接→鋼桅桿吊裝→吊索安裝→鋼桅桿下拉索張拉到位→腳手架拆除→邊環索兩端張拉→谷索安裝→聯系索安裝→谷索張拉→膜片安裝。3.5安裝步驟3.5.1標高搭設、搭設沿邊環索下方搭設4m寬承重腳手架,按邊環索的形狀、標高進行搭設。腳手架的搭設形狀、標高應進行施工模擬,以保證桅桿及下拉索張拉到位時邊環索脫離腳手架,有利于腳手架的拆卸為原則。腳手架搭設時需預留聯系南北的通道。3.5.2循環邊界的懸掛按照模擬計算中各索夾的坐標位置進行索夾擺放,擺放位置需較為精確,可用全站儀跟蹤監測。3.5.3連接邊緣環的連接使用25t汽車式起重機自中間向兩邊分別吊裝并連接邊環索,最后將邊環索兩端的LS-1索與錨座螺桿連接。3.5.4鋼桅桿吊裝及吊裝鋼桅桿就近現場拼裝,鋼桅桿根據現場情況提前吊裝,與腳手架搭設同時進行。吊裝時將桅桿頂內傾,使用纜風繩將鋼桅桿固定牢固,同時將桅桿下拉索與錨座螺桿連接。根據現場條件選用300汽車式起重機或250t履帶式起重機。鋼桅桿吊裝完畢后,弦桿內澆筑C40混凝土,并養護。3.5.5吊索的安裝模擬驗算因桅桿內傾,吊索安裝的直線距離縮短(縮短距離見圖5括號內數字,單位為mm),此時吊索安裝最大力約為50kN,故使用10t倒鏈可完成吊索的安裝(此時吊索內力詳見狀態1模擬驗算結果)。吊索按照從內到外、交叉進行、對稱安裝的原則進行,安裝順序如下:DS1→DS1A,DS2→DS2A……DS7→DS7A。3.5.6下拉索張拉到位吊索安裝完畢且C40鋼管混凝土養護達到要求后,進行鋼桅桿下拉索的張拉,此時LS2,LS3索的張拉力分別為226,4340kN,故可分別使用4臺20t、4臺320tQF型分離式油壓千斤頂將鋼桅桿下拉索張拉到位,同時鋼桅桿頂部恢復到設計位置(此時下拉索內力詳見狀態2模擬驗算結果)。張拉節點形式如圖6所示。3.5.7拆除框架墻經反復驗算,下拉索張拉到位后,外環索及其索夾等構件脫離腳手架約5cm,此時可進行腳手架的拆除。3.5.8邊環索張拉到位驗算腳手架拆除到一定階段后,可進行邊環索的張拉,邊環索張拉到位時的力值為5350kN,使用4臺320tQF型分離式油壓千斤頂可將邊環索張拉到位(邊環索內力詳見狀態3模擬驗算結果)。邊環索張拉節點如圖7所示。3.5.9與谷索夾接1)在谷索安裝位置投影下方的地面上將谷索擺放到位,安裝谷索夾,并將聯系索與谷索夾連接。2)使用32臺10t倒鏈將谷索(連同聯系索)提升至設計標高。3)連接谷索兩端的開式接頭(此時放到最長)。4)使用5t倒鏈將聯系索與邊環索連接到位。3.5.1谷索張拉到位模擬驗算聯系索安裝完畢后,進行谷索的張拉,此時谷索的張拉力為1060kN,使用2臺100tQF型分離式油壓千斤頂可將谷索張拉到位(谷索內力詳見狀態4模擬驗算結果),至此,索系安裝完畢。3.5.11.膜安裝本工程共分62個膜片單元,其中PTFE膜片共32片,最大膜片面積約為100m4施工模