專利名稱：大跨度h型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法
技術領域：
本發明涉及一種大跨度H型鋼平面組合結構預應力張弦梁結構高空換索，特別適用于火車站、工業廠房等大型張弦梁(柱與梁鉸接)的張拉索維護工程。
背景技術：
預應力鋼索的設計使用年限為50年，根據統計因使用期間的維護不到位，預應力鋼索的實際使用壽命平均不到30年。由于國內大跨度H型鋼平面組合結構預應力張弦梁結構的起步較晚，均未達到換索期限，H型鋼平面組合結構張弦梁空中換索的施工對構件的制作和安裝精度要求比較高，特別是鋼索的下料長度必須根據節點及鋼索的工作載荷進行精確計算并在制作過程中進行嚴格控制。目前尚未見到針對H型鋼平面組合結構張弦梁高 空換索施工技術的研究報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法。為解決這一技術問題，本發明提供了一種大跨度H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法，包括如下步驟張弦梁空中換索仿真計算、豎向支撐加固、既有索拆除、新索安裝和新索張拉。所述張弦梁空中換索仿真計算包括建立換索施工的有限元計算模型和仿真計算結果修正；所述豎向支撐加固包括根據仿真計算制定加固方案及布置示意圖、建立監測網、臨時支墩組裝和中柱防偏配重懸掛；所述既有索拆除包括拆除準備和拆除索力；所述新索張拉在新索安裝后對索力進行分級張拉，每50KN為一級，每一級張拉完成后停止5分鐘監測結構變形，直至完成。所述豎向支撐加固的豎向支墩結構采用八三軍用桿件拼組而成，18軸AD跨張弦梁下部架設3個臨時支墩、相鄰DF跨梁的相鄰端設I個臨時支墩，每個臨時支墩的承載力為100噸。所述建立監測網包括檢測內容和現場監測布置，建立三維監測控制網，對張弦梁與柱的坐標和標高進行全程監測，重點監測拱高(豎向位移)、梁長(水平位移)、位置變化(綜合位移)情況。所述現場監測布置包括張弦索拉力的監測采用油壓傳感器測試；鋼結構在支座、跨中的主鋼梁及聯系桿上布置5個監測點，監測采用振弦應變計，每個點對稱布置兩個振弦應變計；邊柱的監測點布置在分叉柱中心上，中柱的監測點布置在兩個分叉柱中心上，支墩的監測點布置在支墩頂端工字鋼的中心上；相鄰的西跨張弦梁、南跨張弦梁、北跨張弦梁均設5個變形監測點。所述新索張拉階段當索力張拉至450KN后，索力每增加100 KN,根據張弦梁起拱情況將支撐千斤頂輕微退油，使千斤頂對梁的支撐力逐步減小，同時監測千斤頂卸力時索力的變化情況，根據變化情況確定具體千斤頂的卸力幅度，輕微松開張弦梁兩端拉接的鋼絲繩，并觀測張弦梁的長度變形情況，逐步減小鋼絲繩的拉接作用，使拉索獨自受力；
索力張拉至測試索力的90% (約640KN，根據實測索力計算)時，將支撐千斤頂的支撐力和鋼絲繩拉力完全卸除，重新測試索力大小，將索力值分兩次張拉至現工況下的實測索力值；
索力張拉至240KN、480KN時停止10分鐘，監測結構變形情況；
索力張拉到位后，監測結構變形，結構整體變形情況跟蹤監測兩天。有益效果從既有索卸除、新索懸掛、到預應力張拉完成以及最后支撐架的拆除，其間結構經歷很多受力狀態，本發明通過“預應力張弦梁空中換索的實施”，為日后張弦梁換索施工提供重要的試驗依據和理論基礎，具有重要的指導意義。
·圖I為本發明的張拉支墩布置示意 圖2為本發明的變形監測點布置示意圖。圖中1立柱、2豎向支墩、3索；a臨時支墩一、b臨時支墩二、c臨時支墩三、d臨時支墩四第一監測點、II第二監測點、III第三監測點、IV第四監測點、V第五監測點。
具體實施例方式本發明在不卸除上部荷載的工況下，高空單向卸載拆除既有索、懸掛新索，并進行單向預應力張拉的施工方法包括建立大跨度H型鋼單懸索雨棚空中換索施工的有限元計算模型，仿真分析在不卸除上部結構荷載情況下的換索施工過程，為實際施工設計提供理論依據；依據仿真計算結果，制定張弦梁豎向加固及換索施工方案；在現場嚴格監測的情況下，保證張弦梁變形在允許的范圍內，逐步分級卸除原張拉索的索力、拆除既有索、安裝新索并分級張拉至設計值。下面結合附圖及實施例對本發明做具體描述。本發明包括如下步驟張弦梁空中換索仿真計算、豎向支撐加固、既有索拆除、新索安裝和新索張拉。所述張弦梁空中換索仿真計算包括以下內容
不卸除張弦梁上部結構荷載，卸除張拉索I對相鄰的張弦梁、屋面體系及鋼管柱的內力、位移影響較大，影響結構體系的穩定，結合現場實際，仿真分析換索施工過程，為實際施工提供理論數據(選擇ADF跨交18軸的張弦梁進行換索)。仿真計算結果
O18號拉索換索前索力值為711KN，換索重張拉并卸除臺架后索力值恢復708KN ；
2)卸除索力后分叉柱Y方向位移±lmm，AD軸水平Y方向位移為2mm;
3)卸索后對分叉柱的Y方向的推力增加最大15.4KN，立柱I推力增加14. 2KN ；
4)換索張拉后對對分叉柱的Y方向的推力增加最大15.2KN，立柱I推力增加14. 1KN。整個施工過程桁架變形很小，立柱和分叉柱的位移也很小，主要受力為豎向支撐。所述豎向支撐加固包括豎向支撐加固、建立監測網和臨時支墩組裝、中柱防偏配重懸掛。
所述豎向支撐加固包括以下內容
I)根據仿真計算，制定張弦梁豎向支撐加固方案(如圖I所示)。2)豎向支墩2結構采用八三軍用桿件拼組而成，18軸AD跨張弦梁下部架設3個臨時支墩一、二、三，相鄰DF跨梁的相鄰端設I個臨時支墩四，每個臨時支墩的承載力有為100 噸。所述建立監測網包括確定監測內容和現場監測布置
所述監測內容在地面上建立三維監測控制網，對張弦梁與柱的坐標和標高進行全程監測。換索過程中，重點監測以下情況I: 18軸AD跨和DF跨張弦梁在整個換索過程中的拱高(豎向位移)、梁長(水平位移)、位置變化(綜合位移)情況；:! 18軸AD跨邊柱、中柱的水平偏移情況；I 4個臨時支墩的垂直度偏移情況；芏17軸、19軸張弦梁的拱高及下沉情況；笈在張弦梁和柱相應位置粘貼激光反射片。·所述現場監測布置(如圖2所示)包括張弦索拉力的監測采用油壓傳感器測試；鋼結構在支座、跨中的主鋼梁及聯系桿上布置5個監測點，監測采用振弦應變計，每個點對稱布置兩個振弦應變計。邊柱的監測點布置在分叉柱中心上，中柱的監測點布置在兩個分叉柱中心上，支墩的監測點布置在支墩頂端工字鋼的中心上。相鄰的西跨張弦梁、南跨張弦梁、北跨張弦梁均設5個變形監測點。所述臨時支墩組裝包括八三支墩桿件頂與梁底間的位置用油壓千斤頂和斜三角形H型鋼鐵楔進行支撐，支撐應牢固，不能出現旋轉或滑移。H型鋼與鋼梁底之間的縫隙用鋼板填塞緊后，點焊固定，防止塞板滑動。八三支墩下部7米兩分支撐間用拉接桿件進行拉接，以增加支墩的整體穩定性。支墩搭建時，新索配合放置，AD跨梁下的三個支墩同時搭建，下部7米搭建完成后，即將新索放至每個支墩兩分支撐間的拉接桿上。索下墊木架板，以防止拉桿將索保護膜碰壞。所述中柱防偏配重懸掛包括AD跨張弦梁索卸力后，張弦梁兩端因失去索的拉力而產生向外側的推力，將造成中柱外傾。為防止中柱偏移，在中柱東側的兩根分叉柱上，分別增加兩處混凝土配重，阻止中柱的偏移。配重與分叉柱間用鋼絲繩連接，每處配重約12噸。所述既有索拆除包括拆鎖準備和卸除索力。所述拆索準備包括
I)在中柱及邊柱搭設張拉平臺，提前兩天在既有索的中柱端安裝拆卸工裝。2)在支墩與梁底板間頂緊之前，通過對索的再次張拉，測出目前工況下的索力值。3)卸除索力前應將AD跨與18軸相鄰的檁條連接螺栓稍松開，避免18軸張弦梁卸除索力時產生較大下撓，從而影響相鄰跨的張弦梁。4)在索頭兩側的橫梁上加兩個抱箍，用鋼絲繩和手拉葫蘆將張弦梁兩端拉起來，用以控制換索過程中梁的變形。5)在地面上建立三維監測控制網，對梁、柱的坐標和標高進行全程監測，并在相應位置上提前粘貼激光反射片。所述卸除索力包括I)分級卸除索力。每50KN為一級，每一級施工完成后，停止10分鐘，監測結構變形情況，監測變化在允許范圍內，進行下一級的卸載施工。當索力卸除1/3以及2/3時(大約卸除240KN、480KN)停止30分鐘，監測結構變形情況。正常后進行下一階段的卸載施工。卸載過程中，實時監測張弦梁的長度變形情況，若發生變形過大，應停止卸載，分析變形原因，避免因索力消除和梁變形給柱子施加過大的水平推力。
2)索力完全卸除后，監測結構變形情況。半個小時后，若沒有異常。人工拆除鑄鋼件及高強螺栓，將索松開，用兩臺25噸吊車分別位于兩端將索頭吊住，緩緩將索放下。3)整個卸索施工過程要嚴格控制給油速度，速度宜控制在30KN/min內。所述新索安裝包括如下步驟1)索體在地面放開后，用兩臺25噸吊車先吊至3個 支墩兩分撐間的拉桿上；既有索卸除后，再吊至撐桿位置；2)安裝邊柱一端的索頭，中柱索頭配合調節。邊柱精確定位后,將中柱索頭掛好，自邊柱向中柱依次精確定位3根撐桿處的鑄鋼件位置；3)吊車吊裝索頭和安裝鑄鋼件時，宜用大鉤，并緩慢進行吊裝。所述新索張拉包括如下步驟
I)張拉時分級進行張拉。每50KN為一級，每一級張拉完成后，停止5分鐘，監測結構變形。2 )索力張拉至450KN后，索力每增加100 KN,根據張弦梁起拱情況將支撐千斤頂輕微退油，使千斤頂對梁的支撐力逐步減小，同時監測千斤頂卸力時索力的變化情況，根據變化情況確定具體千斤頂的卸力幅度。輕微松開張弦梁兩端拉接的鋼絲繩，并觀測張弦梁的長度變形情況，逐步減小鋼絲繩的拉接作用，使拉索獨自受力。3 )索力張拉至測試索力的90% (約640KN，根據實測索力計算)時，將支撐千斤頂的支撐力和鋼絲繩拉力完全卸除，重新測試索力大小，將索力值分兩次張拉至現工況下的實測索力值。4 )索力張拉至240KN、480KN時停止10分鐘，監測結構變形情況。5 )張拉到位后，監測結構變形。結構整體變形情況跟蹤監測兩天。本發明上述實施方案，只是舉例說明，不是僅有的，所有在本發明范圍內或等同本發明的范圍內的改變均被本發明包圍。
權利要求
1.一種大跨度H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法，其特征在于包括如下步驟張弦梁空中換索仿真計算、豎向支撐加固、既有索拆除、新索安裝和新索張拉； 所述張弦梁空中換索仿真計算包括建立換索施工的有限元計算模型和仿真計算結果修正；所述豎向支撐加固包括根據仿真計算制定加固方案及布置示意圖、建立監測網、臨時支墩組裝和中柱防偏配重懸掛；所述既有索拆除包括拆除準備和拆除索力；所述新索張拉在新索安裝后對索力進行分級張拉，每50KN為一級，每一級張拉完成后停止5分鐘監測結構變形，直至完成。
2.根據權利要求I所述的大跨度H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法，其特征在于所述豎向支撐加固的豎向支墩結構采用八三軍用桿件拼組而成，18軸AD跨張弦梁下部架設3個臨時支墩、相鄰DF跨梁的相鄰端設I個臨時支墩，每個臨時支墩的承載力為100 噸。
3.根據權利要求2所述的大跨度H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法，其特征在于所述建立監測網包括檢測內容和現場監測布置，建立三維監測控制網，對張弦梁與柱的坐標和標高進行全程監測，重點監測拱高(豎向位移)、梁長(水平位移)、位置變化(綜合位移)情況。
4.根據權利要求3所述的大跨度H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法，其特征在于所述現場監測布置包括張弦索拉力的監測采用油壓傳感器測試；鋼結構在支座、跨中的主鋼梁及聯系桿上布置5個監測點，監測采用振弦應變計，每個點對稱布置兩個振弦應變計；邊柱的監測點布置在分叉柱中心上，中柱的監測點布置在兩個分叉柱中心上，支墩的監測點布置在支墩頂端工字鋼的中心上；相鄰的西跨張弦梁、南跨張弦梁、北跨張弦梁均設5個變形監測點。
5.根據權利要求I所述的大跨度H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法，其特征在于 所述新索張拉階段當索力張拉至450KN后，索力每增加100 KN,根據張弦梁起拱情況將支撐千斤頂輕微退油，使千斤頂對梁的支撐力逐步減小，同時監測千斤頂卸力時索力的變化情況，根據變化情況確定具體千斤頂的卸力幅度，輕微松開張弦梁兩端拉接的鋼絲繩，并觀測張弦梁的長度變形情況，逐步減小鋼絲繩的拉接作用，使拉索獨自受力； 索力張拉至測試索力的90% (約640KN，根據實測索力計算)時，將支撐千斤頂的支撐力和鋼絲繩拉力完全卸除，重新測試索力大小，將索力值分兩次張拉至現工況下的實測索力值； 索力張拉至240KN、480KN時停止10分鐘，監測結構變形情況； 索力張拉到位后，監測結構變形，結構整體變形情況跟蹤監測兩天。
全文摘要
本發明提供了一種大跨度H型鋼平面組合結構張弦梁高空換索施工方法，包括如下步驟張弦梁空中換索仿真計算、豎向支撐加固、既有索拆除、新索安裝和新索張拉。從既有索卸除、新索懸掛、到預應力張拉完成以及最后支撐架的拆除，其間結構經歷很多受力狀態，本發明通過“預應力張弦梁空中換索的實施”，為日后張弦梁換索施工提供重要的試驗依據和理論基礎，具有重要的指導意義。
文檔編號E04G23/02GK102877657SQ20121038870
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者于建利, 文璐, 殷倩倩, 張祥善, 姜翠萍 申請人:中鐵十局集團建筑工程有限公司