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摘要：本文对张弦梁进行现场实测和分析。在实测中，主要是监控施工中张弦梁的预应力大小，并测量结构在施加预应力前后的变形情况，确保施工质量达到设计要求；在分析中，重点研究张弦梁结构中的预应力的变化情况。
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关键词：张弦梁监测预应力分析
中图分类号：TV554+.16 文献标识码：A文章编号：
Abstract: In this paper the measurement and analysis ZhangXianLiang. In the actual, mainly is the monitoring in construction of prestressed ZhangXianLiang size, and measuring structure in the priestess the deflection of the before and after, to ensure the construction quality to achieve the design requirements; In this paper, the key research ZhangXianLiang structure of the change of the priestesses.
Key Words: ZhangXianLiang monitoring, prestressed analysis
1前言
张弦梁由拉索、撑杆和拱梁三部分组成，是近年来发展起来的一种新型预应力钢结构形式，特点是：对钢索施加预应力时，使上部结构产生反拱，对结构起到了加强整体刚度的作用，从而使结构的挠度和弯矩减小；同时钢索中的张力又能抵消拱梁的水平推力，使拱梁的受力优势得到充分发挥；撑杆将拉索和拱梁连成一体的同时，并对拱梁提供弹性支座，改善了结构的受力性能。可见，该结构的各部分受力明确，优势互补，协同工作，适合用于大跨度结构。
张弦梁的工作机理除与结构性态和载荷状态有关，还和施工顺序有关。张弦梁结构包括三个状况，即结构的初始几何态（零态）、预应力态（初态）和载荷态（终态）。其中预应力态（初态）是结构设计和施工中的关键状态，因为张弦梁的刚度除结构本身提供外，还要靠拉索的张力提供，因此，预应力的设计和施工成为这类结构的特点，若预应力取值过小，对结构刚度贡献也小，不能有效地减小结构的内力和挠度，不仅如此，可能在风吸力作用下，导致拉索松弛，使结构处于危险状态；若取值过大，使上部结构的反拱也大，对上部结构造成过大的负担，反而不经济。因此，张弦梁张拉施工质量是确保张弦梁既经济又安全的重要因素，也是使张弦梁结构正常承载的关键。
单榀张弦梁既可作为独立结构用于实际，又是复杂空间张弦梁结构的主要组成部分，该工程就是由多榀张弦梁和系杆组合而成，施工中是逐榀进行张拉后逐榀吊装再拼装成整体的施工顺序，因此，研究单榀张弦梁的受力性能是重点。本文对张弦梁进行现场实测和分析。在实测中，主要是监控施工中张弦梁的预应力大小，并测量结构在施加预应力前后的变形情况，确保施工质量达到设计要求；在分析中，重点研究张弦梁结构中的预应力的变化情况。
2工程概况
延安火车站站台雨棚 ，结构形式为多榀张弦梁相连的钢结构，纵向是钢框架结构，并设置了五道伸缩缝，将整个站台雨棚分为六个区域，图1（a）为一个区域的平面图；而图1（b）为单榀张弦梁的模型图。其最大跨度为54.98m，结构的上弦、拉索、撑杆和腹杆的截面分别为450×250×14、109Φ5、Φ273×8、和H450×250×8×12，材料为Q235钢。张弦梁为一端固定铰支座，另一端为滑动铰支座。
3现场监测
3.1 监测目的
该结构在施工过程中，首先在地面对单榀张弦梁进行张拉，然后逐榀吊装安装成整体，故监测主要在单榀梁上进行，其测量的目的：（a）监控张弦梁拉索中预应力大小，即时调整，确保预张力达到设计要求，其误差必须控制在6% 的范围内；（b）监控张弦梁在张拉前后的变形情况，使结构的形状和尺寸满足设计要求。
3.2测点的布置和使用仪器
为测量张弦梁索中的预应力的大小，使用图示2所示的仪器，该仪器是根据力学原理，自行设计与加工制造的，在使用前，经标定并验证后使用，使用方便，适合现场测量，并且适用于各种直径的索的预应力的测量。试验中，在拉索中的五个节间布置了测点，如图3所示。当支撑力从零变到20KN时，分别测得支撑力和位移，得到支撑力――位移曲线，图4为部分曲线。通过计算得到索中张拉力。
力与位移的关系
表1各节间实测的张拉力
为测量在施加预应力前后结构的变形，在图5所示的五个位置布置测点，图示6为现场实测情况，所得部分结果如表2所示。
图5A屋架测点布置图
注：1、测量仪器采用Nikok DTM352全站仪（精度±2＋2ppm）。
2、根据工程需要采用相对坐标系统，方位采用磁北方位角。
3、高程系采用相对高程。
4、地面设有2个控制点进行测量校核。
3.3 试验结果
由图4可见，各支撑力―位移曲线基本呈线性关系，与实际情况相符合，表明试验数据稳定，结果可靠。
从表1可见，各节间的实测张拉力值比较接近，符合拉索实际受力情况，而设计的预张力为334.0KN，容许误差为6% ，由表可知，其误差均在容许的范围内，故张弦梁在施工中的预应力满足设计要求。
从表2可见，张弦梁经张拉后，其纵向间距没有改变，横向反拱为23mm，各杆件的坐标达到设计要求。
以上实测结果表明，单榀张弦梁在施工中的张拉力和结构形状均达到设计要求。
4张弦梁索中预应力分析
在该分析中，分别考虑不同预应力取值情况下，计算结构特征点的最大位移、拱梁上的最大轴力和弯矩，将其结果表示在图7―9中。
由上图可见：
由图7可知，位移曲线明显分为两个阶段，当预张力小于350KN时，位移随预张力的增加呈线性下降；当预张力大于350KN时，位移随预张力的增加呈线性上升；当预张力等于350KN时，位移值接近于零。其结果充分表明拉索的预张力对结构的影响，当反拱的位移小于自重的位移时，结构的位移随预张力的增加而减小，但仍是向下挠曲；当反拱的位移大于自重的位移时，结构的位移则向上挠曲；只有当反拱的位移等于自重的位移时，结构的位移最小。
由图8可知，拱梁上的最大弯矩―预张力曲线和位移的变化规律相同，当预张力小于350KN时，弯矩随预张力的增加呈线性下降；在预张力大于350KN时，拱梁反向弯曲，其弯矩随预张力的增加呈线性上升；只有当预张力等于350KN时，弯矩值最小。
由图9可知，结构的轴力随预张力的增加而增加，但当预张力小于200KN时，结构的轴力随预张力的增加而缓慢增加，而后增加的幅度加快，表明当预张力较小时，对结构的轴力的影响也较小。
5结论
通过上述对张弦梁的分析，可得如下结论：
在张弦梁预应力施加过程中，用监测拉索中预应力大小是非常必要的；
拉索中的预应力的大小直接影响到结构，过大和过小的预应力对结构均不适宜。
参考文献
1、王兆强，闫宇。延安火车站钢结构雨棚张弦梁施工关键技术，铁道建筑技术，2010（2）:95～99。
2、陆赐麟，尹思明，刘锡良。现代预应力钢结构，北京：人民交通出版社，2003。
3、黄明鑫。 大型张弦梁结构的设计与施工，山东：山东科学技术出版社，2005。
4、徐瑞龙，秦杰，李国立，覃阳。国家奥林匹克体育中心综合训练馆张弦结构施工技术，2007,37（1）：26～29。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。 |
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发表于 2018-7-16 21:09:05