在廈門國際會(huì)展二期工程中張弦梁結(jié)構(gòu)施工的動(dòng)態(tài)控制

在廈門國際會(huì)展二期工程中張弦梁結(jié)構(gòu)施工的動(dòng)態(tài)控制摘要：本文通過張弦梁結(jié)構(gòu)形式介紹，對張弦梁吊裝、張弦梁預(yù)應(yīng)力張拉、張弦梁配重灌漿、張弦梁施工過程所采用的動(dòng)態(tài)控制措施來闡述在廈門國際會(huì)展中心二期工程張弦梁鋼結(jié)構(gòu)施工中監(jiān)理的監(jiān)控要點(diǎn)，力求加大主動(dòng)控制在控制過程中的比例，同時(shí)進(jìn)行定期、連續(xù)的被動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)控制、監(jiān)控要點(diǎn)、張弦梁、預(yù)應(yīng)力、鋼結(jié)構(gòu)、屋蓋、灌漿前言：動(dòng)態(tài)控制是主動(dòng)控制與被動(dòng)控制相結(jié)合根據(jù)控制系統(tǒng)本身的狀態(tài)和外部環(huán)境變化的一種控制形態(tài)，通常適用于工期緊、施工難度大、不確定因素多、質(zhì)量要求高的工程項(xiàng)目中。張弦梁結(jié)構(gòu)最早是由日本大學(xué)M.SAITOH教授提出，它是一種區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型雜交屋蓋體系，張弦梁結(jié)構(gòu)是一種由剛性構(gòu)件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)組成是一種新型自平衡預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系。張弦梁結(jié)構(gòu)體系簡單、受力明確、結(jié)構(gòu)形式多樣、充分發(fā)揮了剛?cè)醿煞N材料的優(yōu)勢。張弦梁結(jié)構(gòu)體系在我國最早應(yīng)用于上海浦東國際機(jī)場，后多應(yīng)用于大型場館屋蓋結(jié)構(gòu)中，廈門國際會(huì)展二期工程屋面張弦梁鋼結(jié)構(gòu)是此種結(jié)構(gòu)體系在福建省的首次應(yīng)用。1、概述廈門國際會(huì)展中心二期工程鋼屋蓋結(jié)構(gòu)由45米及81米跨張弦梁和屋面梁組成，張弦梁采用箱形梁，81m跨張弦梁WJ1截面為12006002035，45m跨張弦梁WJ1截面為9006002030。WJ1張弦梁的拉索為7151，撐桿為24516，WJ2張弦梁的拉索為5139，撐桿為16810，撐桿上端與張弦梁下翼緣鉸接，下段與鋼球節(jié)點(diǎn)鉸接將拉索固定，張弦梁結(jié)構(gòu)示意如下圖。2、針對張弦梁結(jié)構(gòu)工程的主要技術(shù)特點(diǎn)提前預(yù)控2.1主動(dòng)控制內(nèi)容：企業(yè)資質(zhì)、人員資格、施工方案、材料制作工廠考察、吊裝設(shè)備選用考察、第三方檢測實(shí)驗(yàn)室審查、施工現(xiàn)場勘測資料審查現(xiàn)場復(fù)查、反復(fù)斟酌專家論證會(huì)議紀(jì)要，制定監(jiān)理實(shí)施細(xì)則。2.2張弦梁配重施工工藝及時(shí)機(jī)確定做到提前預(yù)控因?yàn)楸竟こ虨榇笮凸步ㄖ?，根?jù)幾次專家論證會(huì)的意見，全面提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級，為防止在特定臺風(fēng)等狀態(tài)下屋面結(jié)構(gòu)反拱造成預(yù)應(yīng)力拉索失效，需增加張弦梁自身重量，提前預(yù)控綜合考慮經(jīng)濟(jì)、施工等因素，采用在箱形梁內(nèi)填充配重材料增加自重。配重材料、施工時(shí)機(jī)、施工工藝的選擇是本工程張弦梁施工的一大特點(diǎn)。2.3根據(jù)拉索張拉時(shí)機(jī)提前確定張拉荷載系數(shù)本工程有三種張拉時(shí)機(jī)，張弦梁安裝后、上弦梁填充配重之前進(jìn)行拉索張拉；在上弦梁填充配重之后、安裝檁條和屋面板之前進(jìn)行張拉；在安裝檁條和屋面板后進(jìn)行張拉。2.4單榀張弦梁張拉時(shí)的結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性張拉梁的上弦為單根箱型構(gòu)件，其剛度較小，特別是平面外剛度更小，如WJ1上弦的平面外長細(xì)比為328，WJ2的為185。當(dāng)拉索張拉時(shí)，上弦不僅受到向上的等效荷載，而且受到軸向等效壓力，上弦成為一個(gè)壓彎構(gòu)件。當(dāng)張弦梁平面外無側(cè)向支撐時(shí)，拉索張拉可能導(dǎo)致張弦梁平面外失穩(wěn)。2.5張弦梁鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測為確保施工安全，本工程預(yù)應(yīng)力張拉前后及灌漿48小時(shí)后鋼箱梁軸向受力的應(yīng)變監(jiān)測。3、會(huì)展二期工程張弦梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)3.1、綜合施工方案選擇根據(jù)本工程的具體特點(diǎn)，采用張弦梁分吊裝就位、高空拼裝成型后進(jìn)行拉索提升張拉，最后進(jìn)行灌漿的總體方案。張弦梁分為兩大相互獨(dú)立鋼結(jié)構(gòu)吊裝區(qū)域，互不影響，每區(qū)逐榀安裝。第一區(qū)選用100t履帶吊分三段在跨內(nèi)吊裝；第二區(qū)域選用300t履帶吊分兩段進(jìn)行跨外吊裝。每榀張弦梁分段處下面均設(shè)置胎架（臨時(shí)支撐架），胎架采用四肢格構(gòu)柱，主肢選用I10工字鋼，綴條選用L635角鋼，綴板選用I10工字鋼，胎架在每榀張弦梁張拉完成后方可拆除?？鐑?nèi)吊裝示意圖跨外吊裝示意圖3.2主動(dòng)控制仿真模擬計(jì)算，嚴(yán)格控制施工工藝對張弦梁建模并運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)，對施工施工工程中各種工況下構(gòu)件及胎架的安全全過程模擬計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，制訂科學(xué)的施工方案嚴(yán)格并控制施工工藝。選取WJ1最長的一段吊裝過程驗(yàn)算為例，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力圖如圖所示：吊裝過程中上弦分段應(yīng)力分布圖吊裝過程中上弦豎向位移圖吊機(jī)松鉤后上弦分段應(yīng)力分布圖吊機(jī)松鉤后上弦豎向位移圖由WJ1結(jié)構(gòu)吊裝段的位移和應(yīng)力圖可得：吊裝過程中上弦分段的跨中最大豎向位移為-13mm，最大應(yīng)力為17MPa；吊機(jī)松鉤后上弦分段的跨中最大豎向位移為-20mm，最大應(yīng)力為24MPa，滿足施工安全要求。3.3拉索張拉時(shí)機(jī)的確定根據(jù)本工程理論上的三種張拉時(shí)機(jī)（張弦梁安裝后上弦梁灌漿之前張拉；上弦梁灌漿之后檁條和屋面板安裝前張拉；檁條和屋面板安裝后張拉），從總體施工組織、加快施工周期、減小拉索張拉的難度等因素綜合比較，最終確定采用張弦梁安裝后，在上弦梁灌漿之前，進(jìn)行拉索張拉。張拉后拆除胎架，再進(jìn)行上弦灌漿等下道工序。3.4單榀張弦梁張拉時(shí)的結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定性控制如前所述張拉梁的上弦平面外剛度小，拉索張拉可能導(dǎo)致張弦梁平面外失穩(wěn)，因此在進(jìn)行拉索張拉前需采取有效措施保證張拉時(shí)張弦梁平面外穩(wěn)定。經(jīng)多次討論研究，最終采用具體措施為：首次采用雙榀張拉，后續(xù)采用單榀依次張拉；首次張拉時(shí)需在至少4榀張弦梁安裝完成、連接好連系梁后進(jìn)行首兩榀拉索同時(shí)張拉；后續(xù)待張拉的張弦梁確保與兩側(cè)的不少于2榀張弦梁（鋼筋砼屋面梁）之間的連接系桿和水平支撐安裝完成后再進(jìn)行張拉；張拉過程采用四級逐步加力張拉的施工工藝；在張拉過程中進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測。在多項(xiàng)措施的保證下確保了施工安全。3.5依次張拉過程中相鄰張弦梁索力的相互影響本工程相鄰張弦梁是通過縱向連系梁連接，而縱向連系梁通過高強(qiáng)螺栓與張弦梁連接，縱向連系梁端部的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度會(huì)導(dǎo)致張弦梁依次張拉過程中相鄰張弦梁的索力有一定的相互影響。為減小這種不利的影響，采取張拉前采用普通螺栓臨時(shí)固定、張拉后更換為高強(qiáng)螺栓的措施盡量使其連接成為鉸接，減小張拉階段縱向連系梁端部的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，從而避免相鄰張弦梁索力的相互影響。3.6張弦梁配重灌漿施工工藝本工程張弦梁的鋼箱梁內(nèi)配重原設(shè)計(jì)采用滿灌砂卵石，箱內(nèi)每4.5m有一隔板，制作過程中還需要設(shè)置構(gòu)造隔板，因砂卵石的流動(dòng)性很差，較難保證砂卵石在箱梁內(nèi)的均勻性及飽滿性，施工周期長且砂卵石容易造成鋼構(gòu)件的腐蝕。為此參建各方進(jìn)行了長達(dá)2個(gè)月的試驗(yàn)研究、模擬驗(yàn)算及現(xiàn)場1:1試驗(yàn)，最終決定灌注流動(dòng)性更好的輕質(zhì)水泥砂漿來滿足屋面配重的要求，采用泵送自流輕質(zhì)水泥砂漿重力灌漿的施工工藝進(jìn)行施工。81m跨張弦梁分三段進(jìn)行灌漿，27m位置設(shè)置封閉性豎向隔板，灌注順序?yàn)橄葍蛇吅笾虚g。45m跨張弦梁分兩段進(jìn)行壓漿，跨中位置設(shè)置封閉性豎向隔板，為保證灌漿施工過程中結(jié)構(gòu)的均勻受力，兩段灌漿同時(shí)進(jìn)行，每個(gè)灌漿分段由高向低灌漿，灌漿在拉索張拉完畢、胎架拆除之后進(jìn)行。為了保證配重滿足設(shè)計(jì)要求，在現(xiàn)場地面進(jìn)行1:1張弦梁模型灌漿試驗(yàn)，最終確定了特種骨料外加劑引氣劑的配比設(shè)計(jì)，滿足砂漿比重達(dá)到不大于18KN/m3的比重要求。砂漿在專業(yè)攪拌站制作并運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，通過泵送到高空灌漿口進(jìn)行灌漿，當(dāng)排氣孔流出砂漿時(shí)視砂漿灌注結(jié)束。灌漿施工過程主要控制點(diǎn)為砂漿飽滿度、撐桿垂直度、張弦梁位移量、支座位移量、索夾緊固。3.7鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場應(yīng)力應(yīng)變檢測由于本次監(jiān)測周期較長，因此在鋼箱梁上焊接振弦式應(yīng)變計(jì)以長期監(jiān)測其應(yīng)變變化情況，現(xiàn)場選取了81m、45m跨各一榀鋼梁進(jìn)行張拉前后及灌漿48小時(shí)后的應(yīng)變監(jiān)測。為了解灌漿后梁側(cè)變形情況，在I區(qū)選取了3榀81m跨鋼梁、IV區(qū)選取了2榀45m跨鋼梁，采用在梁左、右兩側(cè)安裝百分表及應(yīng)變計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。鋼梁應(yīng)變監(jiān)測結(jié)果（IV區(qū)J、3540軸、45m跨）實(shí)例位置 初讀數(shù)（）100張拉力（）灌漿后48小時(shí)（）斷面1 梁頂面 0 51 -73 梁底面 0 -131 -163斷面2 梁頂面 0 72 -21 梁左側(cè) 0 3 -13 梁右側(cè) 0 8 29 梁底面 0 -38 -104斷面3 梁頂面 0 171 -217 梁左側(cè) 0 110 91 梁右側(cè) 0 -54 -183 梁底面 0 -70 -45注：應(yīng)變受拉為正，受壓為負(fù)。4、會(huì)展二期工程張弦梁結(jié)構(gòu)施工技術(shù)主要質(zhì)量控制點(diǎn)及實(shí)施效果4.1、臨時(shí)胎架措施：臨時(shí)胎架直接關(guān)系著本工程的施工安全及安裝質(zhì)量，胎架施工前對各種施工工況下胎架的安全行經(jīng)過嚴(yán)格的模擬計(jì)算，施工過程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，施工完經(jīng)后經(jīng)驗(yàn)收完成后方可使用，施工過程中未發(fā)現(xiàn)胎架變形。4.2橡膠支座的安裝：主要通過全站儀控制橡膠支座的標(biāo)高偏差，縱向偏差，橫向偏差，保證各種數(shù)據(jù)在允許偏差的控制范圍內(nèi)，為張弦梁順利安裝提供了必要條件。4.3張弦梁分段吊裝及焊接質(zhì)量控制張弦梁分段選用四點(diǎn)和兩點(diǎn)起吊，在張弦梁上翼緣焊接吊裝吊耳（由工廠焊接），對口部位焊接工裝件。當(dāng)張弦梁起吊離開地面約1.5m后，將拉索撐桿組裝到張弦梁上，與張弦梁一起吊裝就位，就位后根據(jù)柱頂和胎架頂部的測量定位軸線及時(shí)找正，支座與張弦梁底板臨時(shí)固定，接口部位與胎架臨時(shí)固定，進(jìn)行對接口焊接。為了保證對口焊接質(zhì)量，高空每個(gè)張弦梁焊接口都設(shè)置防風(fēng)、防雨棚，現(xiàn)場焊縫通過多方檢測均滿足要求。4.4拉索安裝質(zhì)量控制本工程張拉過程采用雙控索力控制和張弦梁位移控制，根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，嚴(yán)格控制張拉施工工藝，如：控制張弦梁的起拱和中心線偏差，控制拉索固定點(diǎn)位置，張拉過程中控制索力和構(gòu)件變形（反拱值），保證撐桿垂直于大地，保證拉索施工質(zhì)量。張拉過程主要控制點(diǎn)為張拉力、張弦梁起拱值、支座位移量，張拉之后再次對索夾進(jìn)行緊固。張拉過程中檢測結(jié)果均滿足要求。4.5、防火涂料的刷涂防火涂料在現(xiàn)場進(jìn)行高空刷涂，主要的質(zhì)量控制點(diǎn)有：防火涂料質(zhì)量、防火涂料與中間漆（環(huán)氧云鐵）相容性、防火涂層干膜厚度、涂層觀感質(zhì)量等。省檢現(xiàn)場取樣等各種檢測均符合要求。5、總結(jié)該工程于2008年3月1日開工、2008年8月27日交付布展，實(shí)際工期180天，張弦梁工程順利按期保質(zhì)完成，為總工期的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件，為2008年9月8日開幕的“中國第十二屆經(jīng)貿(mào)洽談會(huì)”的勝利召開奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本工程鋼結(jié)構(gòu)2008年順利通過建設(shè)部“鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)”評審。