东南大学九龙湖体育馆拉索施工方案17.docx

1、东南大学九龙湖体育馆拉索施工方案17东南大学九龙湖体育馆拉索施工方案编制： 审核： 批准： 方 案 阶 段： 投 标 方 案 专项施工单位：南京东大现代预应力工程有限责任公司编 制 日 期： 2011-01 东南大学九龙湖体育馆拉索施工方案1. 工程概况东南大学九龙湖体育馆，位于校区东门，焦廷标馆南方。本工程为其钢屋盖部分。钢屋盖采用轮辐式张弦梁结构。该结构长轴投影跨度为88.0m，短轴投影跨度为76.8m。外轮廓近似椭圆，由四个圆弧段构成。各榀张弦梁绕水平投影面的中心呈放射状布置。张弦梁的中心通过刚性环连接，上压力环与下受拉环半径不等。张弦梁矢高为3.00m，垂度为5.00m。张弦梁的上弦设

2、置环向支撑（4道），保证张弦梁平面外的稳定性。张弦梁的下弦拉索呈抛物线形布置。 整体图 钢屋盖单榀张弦梁中心环图11东南大学九龙湖体育馆结构特点本工程预应力钢结构为轮辐式张弦梁结构。张弦梁由上弦刚体、下弦索及其之间的撑杆构成。通过布置和张拉拉索，产生向上的等效预应力荷载，优化结构内力状态，提高结构刚度，平衡支座全部或部分推力，控制结构外形尺寸（矢高或跨度等）。拉索本工程拉索的索体为1670级高强半平行钢丝束拉索，外包双层PE；一端可调；张拉端和固定端锚具都为冷铸锚，连接件为锚具式，见表11。表11拉索材料和规格表拉索类型索体索头级别/MPa规格索体防护锚具(固定端)连接件(固定端)调节装置CA

3、BLE半平行钢丝束1670PES5-199双层PE冷铸锚锚具式螺母方案编制依据1）本工程设计施工图纸以及相关技术文件2）拉索材料A.桥梁缆索用热镀锌钢丝GB/T 17101-2008B.建筑缆索用钢丝CJ 3077-1998C.建筑缆索用高密度聚乙烯塑料CJ/T 3078D.斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件GB/T 18365-2001E.塑料护套平行钢丝拉索CJ 3058-19963）铸钢件铸钢节点应用技术规程CECS 235：20084）设计、施工、验收规范（1）建筑结构荷载规范GB 50009-2001（2）钢结构设计规范GB 50017-2003（3）网壳结构技术规程JGJ 61-

4、2003（4）网架结构设计与施工规程JGJ 7-91（5）预应力钢结构技术规程CECS 212：2006（6）建筑工程预应力施工规程CECS 180：2005（7）建筑钢结构焊接技术规程JGJ 81-2002（8）建筑工程施工质量验收统一标准GB 50300-2001（9）钢结构工程施工质量验收规范GB 50205-20015）张拉设备（1）预应力用液压千斤顶JG/T 5028-93（2）预应力张拉机械用电动油泵JG/T5029-19936）有关厂家产品说明书结构设计对拉索及其相关施工的要求7）由于张弦梁结构属于新技术，施工难度较大，需由专业施工单位来进行张拉施工。8）图纸所注张弦梁尺寸为安装

5、完成后的尺寸，具体张弦梁的下料长度需由施工单位根据设计图纸要求的现场放样和张拉情况，结合钢结构深化图的规定调整确定。9）索的实际长度需施工单位具体放样确定，材料表中给出的拉索长度仅为轴线长度，仅供施工单位参考。10）预应力施工单位应根据本图中给出的每根张弦梁的预应力拉索张拉控制力精心施工，预应力张拉应对称进行，施工中应严密监测每根张弦梁和整个屋盖结构的变形情况，如果有任何异常现象，应立即停止张拉，及时向监理和设计人员报告，分析原因，提出切实可行的解决办法和措施后方可继续施工。工程特点11）本工程为轮辐式张弦梁结构，共有24榀，跨度88m，矢高3m。12）由上弦钢体，下弦索和之间撑杆构成。拉索施

6、工难点和解决措施根据本工程的特点，预应力施工有以下问题和难点，需采取有效措施予以解决。13）张弦梁吊装和下弦拉索穿索方式，本工程结构为轮辐式张弦梁，总共24榀张弦梁，每榀都被中央刚性环从张弦梁的中点处断开，其中上弦杆连贯，但下弦拉索分成两段。在这种情况下，张弦梁只能分段吊装，且拉索必须在高空进行安装。高空穿索不仅对操作人员具有安全性的影响，同时较地面穿索而言，牵引设备的使用效率会降低，拉索的提升也会影响施工进度，大型吊机全过程参与穿索施工会产生较多的施工费用。因此，提出在屋盖外围环梁支座处搭设施工平台，拉索在地面展开，并完成索夹安装，由葫芦提升将拉索与中央刚性环的安装完成，再通过多台葫芦和牵引

7、装置连接拉索与外围环梁，最后安装索夹，完成穿索施工。14）檩条和支撑安装时机以及相邻张弦梁索力的相互影响，由于本工程张弦梁间设有檩条，檩条通过高强螺栓与张弦梁相连。檩条可在张弦梁张拉前安装，也可待张拉结束后再安装，两者各有优缺点。若檩条在张弦梁张拉前安装，则檩条两端的高强螺栓孔距离不受张拉的影响，相对来说檩条易于安装，且张拉时张弦梁的稳定性更加容易保证，但中心支撑胎架荷载较大，拉索张拉力增大，另外也会增加张拉时相邻张弦梁间存在相互影响。若檩条在张弦梁张拉后安装，则支撑胎架荷载较小，拉索张拉力小，相邻张弦梁间不存在相互影响，但檩条两端高强螺栓孔的距离受张拉的影响，相对来说檩条较难安装。根据对比分

8、析，得到张拉过程各榀张弦梁水平位移较小的特点，同时为了保证张拉过程的整体稳定性，确定支撑在张拉前先安装，檩条在张拉后再安装。15）中心刚性环对张弦梁整体受力性能的影响中心刚性环将所有张弦梁的下弦拉索分成两段，原由拉索承担的拉力转由刚性环下部环梁承受，因此对拉索与中心环的连接以及中心环本身的安装质量提出了较高的要求。16）索力均匀性本工程拉索为圆弧性，且在中央刚性环出断开，设计要求拉索张拉要保证各索段索力均匀。显然，与一般单向张弦梁不同的是，相邻张弦梁拉索的索力存在相互影响。因此，本工程采用24榀张弦梁分阶段、分批次循环张拉的施工方案，并且每一张拉阶段都要以索力值为控制指标（最后一阶段同时考虑索

9、力值和监测点位移值为控制指标）。预应力施工实施的思路17）在对该结构充分理解的前提下提出合理的实施方案我们在多年从事预应力专项施工工作中，十分重视对所施工结构特点的充分理解。预应力施工绝不仅仅是张拉，因为预应力钢结构与普通钢结构的重要区别是预应力张拉对结构状况影响大，在对结构特点不十分了解的情况下张拉可能引起灾难性的后果，或者精度不高，给钢结构安装带来麻烦。对本工程这样复杂结构，我们采用大型有限元分析软件进行分析计算，首先从全面的结构分析入手，充分了解该结构的受力特点，再具体模拟各种工况进行施工阶段的分析，确保施工之前可能出现的情况分析透彻。根据分析结果提出合理、经济的预应力张拉方案。18）分

10、析、深化设计、测试、施工一体化现场的情况瞬息万变，出现意料之外的情况时预应力施工单位应能及时分析出原因，必要时施工方法应作必要的调整。紧张的工期要求预应力施工单位能够及时提供与预应力有关的构造处理措施（以详尽的分析为基础），供设计人员参考。复杂结构的施工监测是必须的。如果预应力施工单位具备合格的检测资格，可以及时了解施工情况，为工程的顺利实施提供必要的保障。预应力施工必须采用最先进、合理的施工工艺，同时具备设备开发能力，能够及时解决现场出现的各种问题。我们具备上述的综合实力，准备在本工程的实施中采用分析、深化设计、测试、施工一体化服务，为本工程的顺利实施做出贡献。19）加强监控、重视协作、注重

11、质量及安全加强监控、重视协作、注重质量和安全一直是本公司的宗旨。我们在本工程的实施中将继续保持、发扬这一传统。结构及拉索的施工总体方案结构总体施工方案20）安装支撑架。21）安装中央刚性环和屋盖外围环梁。22）安装张弦梁的上弦刚构和索杆系。23）拉索预应力张拉。24）拆除支撑架。25）安装屋面和马道等。张弦梁吊装前安装张弦梁和拉索张拉拉索，结构成形拆除支撑胎架及安装屋面系统图 71总体施工方案拉索施工总体方案拉索分四阶段、分6批依次循环张拉。分四阶段循环张拉：预紧10%2590100%。本方案将24榀张弦梁分为6批，每批4榀，具体分批情况如下。图 72拉索编号图表 71张弦梁分批方案批号每批拉

12、索编号第1批171319第2批6121824第3批281420第4批5111723第5批391521第6批4101622拉索材料和制作本工程拉索材料包括：半平行钢丝束索。索体材料本工程采用1670级5和7镀锌钢丝双护层扭绞型拉索，内层PE为黑色耐老化高密度聚乙烯（HDPE），外层为彩色PE（具体颜色由建筑师确定）。索体断面结构见示意图81。1-镀锌高强钢丝；2-缠绕细钢丝或纤维增强聚酯带；3-内层黑色聚乙烯护套；4-外层彩色聚乙烯护套图81索体断面结构示意图拉索索体由芯部镀锌钢丝、高强绕包带、PE塑料护套三部分组成。拉索的技术条件参照中华人民共和国国家标准斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件（GB/T

13、 18365-2001）以及中华人民共和国城镇建设行业标准塑料护套平行钢丝拉索（CJ 3058-1996）执行。（1）芯部的镀锌钢丝基本呈正六边形紧密排列。热镀锌钢丝采用国家标准桥梁缆索用热镀锌钢丝（GB/T 17101-1997）和建设部标准建筑缆索用钢丝（CJ 3077-1998）。按设计要求强度级别为1670级的5和7热镀锌钢丝，主要技术条件见下列表。表81拉索用1670级5热镀锌钢丝主要技术条件序号项 目标 准GB/T 17101-1997CJ 3077-19981直径及偏差（mm）50.065+0.04-0.022不圆度（mm）0.060.033公称面积（mm2）19.619.64公

14、称重量（g/m）1541545抗拉强度（MPa）167016706屈服强度（MPa）141014107延伸率（L0=250mm）(%)4.04.08反复弯曲（次）4(R=20mm)4(R=15mm)9缠绕（3d）8圈8圈10松弛率(0.7G.U.S.T.1000h) (%)2.52.511应力疲劳（0.45G.U.S.T）=360Mpa二百万次二百万次12弹性模量（GPa）190-210195-21013镀层附着力（5d）8圈2圈14碳酸铜试验（次/分）4415镀层重量（g/m2）30030016冷镦性能冷镦成蘑菇形，无横裂纹5（1.50.1）17直线性（mm/m）3030表82拉索用1670

15、级7热镀锌钢丝主要技术条件序号项 目标 准GB/T 17101-1997CJ 3077-19981直径及偏差（mm）70.077+0.06-0.022不圆度（mm）0.070.043公称面积（mm2）38.538.54公称重量（g/m）3013015抗拉强度（MPa）167016706屈服强度（MPa）141014107延伸率（L0=250mm）(%)4.04.08反复弯曲（次）5(R=20mm)4(R=20mm)9缠绕（3d）8圈8圈10松弛率(0.7G.U.S.T.1000h) (%)2.52.511应力疲劳（0.45G.U.S.T）=360Mpa二百万次二百万次12弹性模量（GPa）19

16、0-210195-21013镀层附着力（5d）8圈2圈14碳酸铜试验（次/分）4415镀层重量（g/m2）30030016冷镦性能冷镦成蘑菇形，无横裂纹7.0（1.50.1）17直线性（mm/m）3030表83热挤聚乙烯高强钢丝拉索的钢丝力学性能表（GB/T 18365-2001）公称直径抗拉强度MPa规定非比例伸长应力MPa伸长率弯曲次数松弛性能无松弛要求级松弛要求级松弛要求L0=250mm次数/180弯曲半径mm初始应力为公称抗拉强度的百分数1000h应力不大于级松弛级松弛5157011801250133044157082.516701250133014107157013304520167

17、01410注：钢丝按公称面积确定其荷载值，公称面积应包括锌层厚度在内。表84桥梁缆索用热镀锌钢丝的钢丝力学性能表（GB/T 17101-1997）公称直径抗拉强度MPa规定非比例伸长应力MPa伸长率弯曲次数松弛性能无松弛要求级松弛要求级松弛要求L0=250mm次数/180弯曲半径mm初始应力为公称抗拉强度的百分数1000h应力不大于级松弛级松弛5157011801250133044157082.516701250133014101770133014101500715701330452016701410注：钢丝按公称面积确定其荷载值，公称面积应包括锌层厚度在内。对于拉索用的钢丝，其抗拉强度应确保

18、1670MPa以上，并应为低松弛钢丝，有良好的冷镦性能，在订货时做冷镦试验，以确保良好的延性。（2）经编排成六角形的钢丝外侧使用聚酯薄膜复合高强绕包带缠绕，其带宽40mm，抗拉强度每厘米带宽不低于250N。（3）PE塑料护套采用内层为掺碳黑的黑色高密度聚乙烯，该料在直接承受大气环境因素下，具有良好的抗老化寿命，其黑色聚乙烯护套料的技术条件见表85。表85黑色聚乙烯护套料的技术条件表序号项 目技术指标1密度0.9420.978g/cm32熔融指数0.2g/10min3拉伸强度20MPa4断裂伸长率600%5邵氏硬度606维卡软化点1157冲击强度25KJ/m28耐热应力开裂96h9耐环境应力开裂

19、1500h10碳黑含量2.30.3%11脆化温度-7012碳黑粒度20m13碳黑分散性、分散度、吸收系数6分14100168小时空气箱老化，拉伸强度保留率、断裂伸长率、保留率85%索体表面应采用与场馆环境颜色协调的PE护套，该层厚度为2.5mm。彩色高密度聚乙烯技术条件如表86所示。表86 彩色高密度聚乙烯技术条件表序号项 目技术指标1密度0.9420.978g/cm32熔融指数0.45g/10min3拉伸强度20MPa4断裂伸长率600%5邵氏硬度606维卡软化点1107脆化温度-708冲击强度25KJ/m29耐热应力开裂96h10耐环境应力开裂1500h11100168小时空气箱老化，拉伸

20、强度保留率、断裂伸长率、保留率85%12耐光色牢度7级锚具材料1）锚杯和锚圈选用优质碳素结构钢或合金结构钢制作，符合GB/T 699和GB/T 3077的要求。其坯件宜为锻件，符合YB/T 036.7要求，经调制热处理，外表面发黑或镀锌。其它部件的材料由设计选定，并符合相应的国家或部颁标准。2）冷铸锚冷铸填料由环氧树脂、固化剂、稀释剂、增韧剂、填充料等构成。半平行钢丝束索制作索体制作应严格执行中华人民共和国城镇建设行业标准塑料护套半平行钢丝拉索（CJ 3058-1996）以及中华人民共和国国家标准斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件（GB/T 18365-2001）对拉索的总体要求。钢丝束拉索制作要求

21、2）每根成品拉索在出厂之前必须进行超张拉检验，超张拉力取0.56倍拉索标称破断力。3）超张拉检验后的成品拉索的弹性模量应不小于1.95105MPa。4）成品拉索的静载破断力应不低于索体标称破断力的95%，索头承载能力应不低于索体承载力。5）拉索防护：钢丝表面热镀锌，镀锌层重量应不小于300g/m2；索体表面为双层PE护套，其中内层为黑色高密度聚乙烯护套，外层彩色高密度聚乙烯护套的颜色由建筑设计确定；索头表面热镀锌，镀锌层厚度应不小于30um。6）挤出后拉索的外径允许偏差：正偏差为2mm，负偏差为1mm。7）超张拉检验以后的成品拉索长度允许偏差： 表87成品拉索长度允许偏差成品拉索长度L/m允许

22、偏差/mmL10020L100L/500026）拉索设计制作长度为表中索长标记力和基准环境温度20条件下的销间长度，若制作时难以满足索长标记力和基准环境温度条件，制作单位应按照无应力长度相等的原则对制作长度予以调整。27）制作单位应提供拉索实际制作长度，并在调节螺杆上明显标记出与设计制作长度对应的索长位置。28）当在索体上标记索夹位置时，对于不可调的拉索，应将索长制作误差根据每段索段长度按比例分配至各索段上；对于一端可调的拉索，应将索长制作误差累积至调节端；对于两端可调的拉索，应将索长制作误差根据各端调节量按比例累积至调节端。29）在索体顺直的状态下沿索体全长在索体表面做一道直轴标线，该直轴标

23、线应在索体无扭转的情况下平行于索体轴线。半平行钢丝束索制作流程图 82半平行钢丝束拉索制作流程图1）镀锌钢丝进厂及验收（1）镀锌钢丝按桥梁缆索用热镀锌钢丝（GB/T 17101-1997）规定执行，光面钢丝的主要性能不低于预应力混凝土用钢丝（GB5 223-1995）的规定。（2）钢丝进厂有质量保证单，按进行验收，每批按同一炉号抽检5%的盘数（不少于3盘），进行抗拉强度、延伸率、弯曲次数等关键力学指标作试验，合格后方可进入生产线。（3）镀锌钢丝厂应提供松弛试验和疲劳试验的报告。2）聚乙烯（PE）护套料进场及验收（1）内层耐老化黑色PE以及表层彩色的高密度聚乙烯护套料，其性能不低于斜拉桥热挤聚乙

24、烯拉索技术条件（GB/T 18365-2001）以及塑料护套半平行钢丝拉索（CJ 3058-1996）中规定。（2）购进的PE护套料有质量保证单和合格证，黑色PE采用进口PE料，应有商检部门提供的检测报告。3）锚具及填料进厂及验收（1）热、冷铸锚组件的性能和尺寸应符合斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件（GB/T 18365-2001）以及塑料护套半平行钢丝拉索（CJ 3058-1996）中的规定。（2）锚杯和螺母无裂缝和明显缺陷，并有超声波探伤和磁粉探伤证明书。（3）热铸填料使用低熔点的锌铜合金，冷铸填料使用环氧钢丸，其原料均应符合标准，并有合格证明。4）编索成型（1）编索成型的工艺流程为：钢丝下料

25、排列、梳编、并拢成型焊接牵引板扭绞缠包切头焊接尾部牵引板。（2）钢丝下料长度考虑设计长度，加上扭绞增加的长度，钢索切头长度。（3）钢索扭绞角为24。本工程考虑按扭绞角为2.5生产，扭绞方向为左旋，缠包机方向为右旋。扭绞角按钢索最外层钢丝的扭绞角为准。5）热挤塑套（1）热挤塑套的工艺流程挤塑机预热挤塑冷却第一层外包装牵引到位。（2）挤塑前调试时，应调整到密排钢丝束位于芯部，四周的塑料层厚度均匀。（3）按要求，拉索为热挤双层塑套，其内层厚度应符合斜拉桥热挤聚乙烯拉索技术条件（GB/T 18365-2001）的规定，外层白色护套厚度为2.5mm。6）精下料拉索应根据设计索长环境温度、设计索长张力条件

26、下的有应力索长进行制作。若制索条件不能满足设计索长环境温度或设计索长张力，则应根据无应力长度相等的原则重新确定索长。（1）为保证设计索长的要求，索体制作后精下料的流程为：计算复核测量检验标记。（2）精下料用50m钢尺量测，精下料长度计算考虑钢丝设计长度，断索预留余量以及钢尺校正系数。（3）精下料切割线用锯痕表示，锯痕两边用油漆笔标上箭头，并写上缆索编号。7）锚具组装（1）锚具组装的程序为：断索第二层包装装锚剥头穿丝封堵预热浇注冷却顶压。（2）拉索精下料后，尽快按切割线切断。（3）钢丝进入锥体内散开应均匀，必要时用铁丝辅助分离。（4）对于热铸锚：浇铸锌铜合金填料时，热铸锚的锚杯应预热，浇铸应密实

27、，浇铸温度宜控制在45010范围。对于冷铸锚：浇铸环氧钢丸填料时，锚杯亦应预热，浇铸需密实，浇铸温度宜控制在18010范围。（5）热、冷铸锚头冷却后，将索头置于反力架上，用千斤顶对锥塞进行顶压，顶压力为0.2倍标称破断力，持荷5min，以消除锥塞体的收缩间隙。8）超张拉和在索皮表面标记索夹位置（1）每根成品索在出厂前必须有超张拉，合格后方可出厂。（2）张拉按工艺卡的要求分步进行，张拉前对千斤顶、油泵、油压表等进行标定。（3）超张拉力取1.21.4倍设计索力。（4）若需要在拉索索皮表面标记索夹位置，则在工厂里对拉索首先进行编号，将拉索平铺，下垫滚轴。对于环索，在两端施加索长张力，用油漆在索长调节处标记拉索起始位置，在索皮表面标记索夹位置。拉索长度和索夹标记位置能否精确确定，是影响张拉结果的重要因素。因此在拉索在出厂前必须量测并标定索长。拉索生产单位须提供拉索实际生产长度，以便于拉索安装单位通过调节装置来调整索长。根据这些标记以及现场实测节点安装误差，在现场进行拉索及索夹的安装和索长的调节。9）卷盘包装成品拉索盘绕出厂时，按正常采用索盘盘筒直径不小于20倍索径，并不小于1.8m。拉索成盘后，对索头进行防锈处理，并定位可靠，系上合格证、编号、质量保证单等。成品检测1）成品索长度量测对于索长超过100m，其误差不大于1/5000索长