钢结构预应力钢拉杆施工工法.docx
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钢结构预应力钢拉杆施工工法
1.前言
1.1在钢结构中，预应力钢结构可以定义为在设计、制造、安装、施工和使用过程中，为了调控钢结构构件的应力、变形，采用人为方法引入预应力以提高结构强度、刚度、稳定性的各类钢结构。
在大型钢结构的建设中，所需施加的预应力越来越大，必须使用强度高的低合金高强度结构钢或合金结构钢的钢拉杆。
对于大直径钢拉杆张拉，不仅需要有大吨位的千斤顶，还需要我解决张拉力的同轴度、钢拉杆锚固等技术问题。
1.2钢拉杆作可作为水平拉杆或垂直拉杆使用，如作为钢结构剪刀撑的直径达
90mm钢拉杆需要施加900kN的张拉力。
对这类拉杆国内还没有这样的张拉设备，与周边构件及自身的锚固也有很大的技术难题需解决。
1.3为了使钢结构预应力钢拉杆施工工艺更趋规范化、标准化，南通四建集团有限公司与南京东大现代预应力工程有限责任公司在工程实践的基础上经过不断研究、探索，编制了本工法。
本工法在2008年5月被南通四建集团有限公司批准为批准为企业工法，2008年6月26日由江苏省建筑工程管理局主持，通过了江苏省
级专家鉴定，该工法鉴定为达到国际先进水平；由于解决了大型结构在刚度、变形、稳定性中的一些特殊要求，故具有明显的社会效益和经济效益。
2.工法特点
2.1钢结构预应力钢拉杆用合金钢材料做杆体，两端一般连接耳环索头。
为调节钢拉杆的长度以及施加预应力需要，在钢拉杆杆体的中部一般设置正反丝扣调节套筒。
2.2与普通玻璃幕墙的不锈钢绳拉索不同，对钢拉杆施加正确的大吨位预应力值施工有难度，调节套筒内螺牙与钢拉杆的杆端外螺牙的间隙配合为机械螺纹的一般丝扣配合，需要解决拉杆体、调节套筒和张拉千斤顶三者间的良好同轴度。
2.3钢拉杆张拉施工时，需要边开动油泵给配套的专利千斤顶供油，并同时恰到好处地配合千斤顶张拉，将调节套筒两端的钢拉杆杆体靠近，旋动连接两段钢拉杆的正反牙套筒，使钢拉杆中逐步建立设计需要的预张力。
3.适用范围
3.1本施工工法适用于钢结构中需要施加预应力的钢拉杆张拉施工，也适用于与钢拉杆功能基本相同的平行镀锌钢丝外包高密度聚乙烯的预应力拉索张拉施工。
3.2在工程钢结构中，预应力钢拉杆可做预应力张弦梁的拉杆、钢框架的竖向预应力剪刀撑、屋面钢梁间的水平预应力剪刀撑、桅杆吊拉钢屋盖的预应力拉索、玻璃幕墙的张力支撑结构等。
4.工艺原理
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4.1按照结构分析的受力状况，将两段钢拉杆的一端通过锁母与接头固定于结构需求的受力位置上，通过专用千斤顶对另一端锁母的相互张拉，使两段钢拉杆中达到结构所需要的张拉力；
4.1.1预应力钢拉杆的锚固是通过张拉中旋动两端带正反丝内螺纹的调节套筒，将张拉的两个带正反丝外螺纹的锁母锚入调节套筒内。
图4.1.1钢拉杆张拉杆端设置锥度螺母
4.1.2本工法研发的发明专利千斤顶（发明专利号ZL02112856.1）（图4.1.2）提供一种与普通预应力张拉油泵额定油压60MPa相匹配，四只小千斤顶油缸与夹板块均匀分离布置，保证了钢拉杆的同轴度。
由于采用将夹紧上、下夹板块的穿心式拉杆改为连接杆兼作小千斤顶的活塞杆的技术方案，得到了用于张拉的最大工作活塞面积，在额定油压60MPa的条件下，也得到了与国外同类产品相同的最大张拉力。
图4.1.2 张拉预应力钢拉杆的专利四缸千斤顶
4.2合理的张拉操作工艺
预应力钢拉杆的张拉施工操作完全不同于一般认知程度上的预应力张拉，旋动调节套筒的张拉操作的基本原理在于：
油泵供油给千斤顶施加预应力时，连接钢拉杆的调节套筒内正反丝牙轴向间隙很小，张拉力过大或过小均以及张拉设备引起的微小不同轴度均不能有效地旋动两端带正反丝内螺纹的调节套筒。
因此，在缓慢对四缸千斤顶供油张拉时，必须同步采用链条板手旋动调节套筒。
若张拉力略大，因
过程中，拧动
螺牙间的摩擦过大不能旋动套筒时，可采用在千斤顶油缸缓慢回油的调节套筒的补救措施。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
预应力钢结构分析→预应力钢拉杆相关技术参数确认→完成预应力钢拉杆与结构的固定→张拉设备准备、千斤顶标定→安装千斤顶并初步安置套筒→张拉钢拉杆、同时旋转套筒→达到张拉要求、旋紧套筒→卸去张拉千斤顶并拧上锁帽的锥度套筒
接头 锁母 杆体 锁母
施加预应力的结构体 施加预应力的结构体
a.两段锚杆分别固定于结构上
专用张拉千斤顶
调节套筒
b.专用千斤顶将两拉杆连接
c.专用千斤顶张拉、旋转调节套筒
d.张拉完成、调节套筒旋紧
e.卸除千斤顶、张拉工序完成
图5.1张拉施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1施工准备
1、对预应力钢拉杆施工图进行深化设计，应根据设计要求的张拉力、钢拉杆所在的位置以及张拉设备所需的最小空间等因素确定钢拉杆索头形式、钢拉杆的连接套筒形式以及钢拉杆的长度调节量。
2、准备预应力钢拉杆专项施工方案时，应根据钢结构的结构形式和受力特点，建立相应的整体计算模型，对设计提供的钢拉杆预应力值进行必要的计算复核，并根据施工现场的安装方案和进度要求进行施工阶段的虚拟张拉分析，以达到设计要求的张拉力为目标值，确定分阶段、分批和各钢拉杆的具体施工张拉值。
钢拉杆的下料长度:
L＝Lz-⊿L （5.2.1-1）
式中 Lz—--钢拉杆张拉完成后的长度，按虚拟张拉分析计算确定
⊿L 钢丝束张拉伸长值
⊿L=PjL/EsAp （5.2.1-2）
式中 Pj—预应力钢拉杆张拉力；
Lz—预应力钢拉杆长度；
Es—预应力钢拉杆弹性模量；
Ap—预应力拉杆截面面积。
3、预应力钢拉杆的四缸张拉千斤顶由四个小千斤顶组装而成，要求由分油器同步给四个千斤顶供油顶推活塞张拉或回油退回活塞。
施工前千斤顶可利用做锚具组装件静载试验台座进行平卧标定（图5.2.3）。
图5.2.1钢拉杆张拉四缸千斤顶平卧标定
张拉设备的标定期限，不宜超过半年。
当发生下列情况之一时，应对张拉设备重新标定。
1）千斤顶经过拆卸修理；
2）千斤顶久置后重新使用；
3）压力表受过碰撞或出现失灵现象；
4）更换压力表；
5）张拉中预应力筋发生多根破断事故或张拉伸长值误差较大。
5.2.2钢拉杆安装
1、抗侧力剪刀撑钢拉杆的安装
1）可由塔吊或其他吊机配合进行，安装时注意成品保护，可采用链条型管子钳进行连接套筒的初拧。
润滑拧动套
进调节套筒长
2）安装杆件时，必须将正反牙的调节套筒内涂适量润滑油以便于筒。
安装杆件时，螺杆旋入螺母的长度应按设计图要求，两端杆体拧度应一致。
3）准备张拉设备时，应根据钢拉杆上的连接套筒两侧的凸环或锥度螺母的尺寸，加工与千斤顶夹板块上内孔尺寸匹配的垫片，便于张拉千斤顶安装时自动严格按轴线对中定位。
图5.2.2-1抗侧力剪刀撑钢拉杆的安装
2、张弦梁钢拉杆的安装
1）支撑脚手架搭设
张弦梁结构一般其跨度、断面均较大，同时其型钢构件的制作一般安排在场外加工厂进行，考虑型钢梁运输、现场吊装机械起重性能等，型钢梁制作一般均需分段进行，吊装就位后再行拼装、焊接；同时由于张弦梁的安装高度较高，故安装时一般均需搭设支撑脚手架，以保证吊装的顺利进行。
型钢梁吊装其支撑脚手架的搭设应根据图纸设计型钢梁的平面位置、标高、张弦梁张拉前的所有楼面荷载、周边作业条件等经过计算确定，搭设时应严格按规程进行搭设操作，特别是扣件及钢管的质量、剪刀撑的设置、有关构造要求等，同时为增强脚手架的稳定性，在条件许可的情况下，应将脚手架与主体结构作可靠的连接。
2）钢拉杆与球节点安装
钢拉杆及节点球的安装：
由于钢拉杆及节点球的重量均较大（每根钢拉杆及节点球重均约400kg），为保证安装的顺利进行，先将节点球用手拉葫芦吊放在事先搭好的钢管脚手架上，注意该位置应较节点球设计标高位置高出100mm左右，以方便钢拉杆的安装，接着安装斜向钢拉杆，由于钢拉杆要斜向穿过密布的钢管脚手架，安装时先用绳子试比划定出钢拉杆安装穿行的路线然后沿绳子穿设安装钢拉杆，待钢拉杆安装完成后，拆除节点球支撑脚手架，使钢拉杆在节点球重力作用下基本拉直，最后安装斜撑杆，斜撑杆的安装先安装下端再安装上端，如若斜撑杆上端的安装不能一次直接到位，安装时可将钢拉杆稍稍托起使之基本呈直线状态或将钢拉杆的调节螺栓调至最大伸长余量以方便安装，如此尚还无法安装，可在节点球上吊上一定的重量进行加载以保证撑杆上端的就位安装。
图5.2.2-2球节点安装的安装
图5.2.2-3张弦梁中钢拉杆的安装
5.2.3安装千斤顶时，先旋下调节套筒两侧的锁母后半部分的锥度套，将四缸张拉千斤顶借助手拉葫芦吊至张拉位置并将钢拉杆的调节套筒卡入千斤顶的两夹块间，锁母前半部分的锥形螺母应准确定位在千斤顶的轴心线上。
张拉预应力钢拉杆时，拧紧连接钢拉杆套筒的工人做好拧紧的准备，开动油泵给四缸千斤顶缓慢同步供油，边加大供油的油压，边拧紧套筒（图5.2.3）。
当供油油压偏大，套筒拧紧困难时，可采取在微量缓慢回油过程中继续拧紧套筒。
图5.2.3预应力张拉
5.2.4张拉程序
1、基本张拉程序可按设计要求的索力分级同步张拉。
每一阶段可分为四级：
初级安装索力→25％σcon→50％σcon→75％σcon→100％σcon（锚固）
2、张拉时注意对称进行，避免对结构产生过大的次生应力。
张拉过程中应严格控制每级张拉的油压表读数。
3、张拉过程中应严格控制每级张拉的油表读数，边拉边拧紧钢拉杆的调节套筒，注意张拉与调节套筒的紧固应同步进行，特别是给油速度每次不得低于30秒。
4、在缓慢对四缸千斤顶供油张拉时，必须同步采用链条板手旋动调节套筒。
若张拉力略大，因螺牙间的摩擦过大不能旋动套筒时，可采用在千斤顶油缸缓慢回油的过程中，拧动调节套筒的补救措施。
5.2.5张拉时应根据设计要求的主控目标进行施工监控。
对于预应力钢拉杆剪刀撑，以控制张拉力为主。
对于其他形式工程结构，可根据具体设计要求，确定控制变形为主，或张拉力为主，或两者兼顾。
张拉力和变形的监控方法见表5.2.5。
为保证控制与监测数据的准确性，在钢拉杆张拉过程中应安排专人跟踪进行张拉力
（即压力指示器数据）的控制及结构内力与变形的监测，包括钢拉杆自身内力变化、各钢拉杆张拉力之间的相互影响、结构变形（跨度、控制节点位移等）。
表5.2.5钢拉杆张拉力、结构变形监控方法
序号
监控项目
监测方法
监测仪器具
1
结构控制节点位移
量测三维坐标
全站仪、尺、百分表等
2
钢拉杆张拉力P
精密压力表控制杆件表面应变测试磁通量变化值测试
油压表
电阻应变片测试
振弦或光栅传感器测试磁通量仪测试
3
杆件内力（钢梁及撑杆）
电测法
电阻应变片测试
振弦或光栅传感器测试
5.2.6钢拉杆的基本劳动力组织见表5.2.6。
表5.2.6人员组织计划表
序号
工种
数量
人员分工
备注
1
起重工
6
吊装作业
2
架子工
2
吊装作业
3
焊工
4
吊装作业
4
气焊、气割操作工
1
吊装作业
5
电工
1
吊装作业
6
安装工
4
吊装作业
7
千斤顶操作工
4
张拉作业
8
内力、变形监测人
2
张拉作业
9
张拉工装安装工
4
张拉作业
10
升级会员 