专利名称：大跨度h型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法
技术领域：
本发明涉及一种大跨度H型钢平面组合结构预应力张弦梁结构高空换索，特别适用于火车站、工业厂房等大型张弦梁(柱与梁铰接)的张拉索维护工程。
背景技术：
预应力钢索的设计使用年限为50年，根据统计因使用期间的维护不到位，预应力钢索的实际使用寿命平均不到30年。由于国内大跨度H型钢平面组合结构预应力张弦梁结构的起步较晚，均未达到换索期限，H型钢平面组合结构张弦梁空中换索的施工对构件的制作和安装精度要求比较高，特别是钢索的下料长度必须根据节点及钢索的工作载荷进行精确计算并在制作过程中进行严格控制。目前尚未见到针对H型钢平面组合结构张弦梁高 空换索施工技术的研究报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法。为解决这一技术问题，本发明提供了一种大跨度H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法，包括如下步骤张弦梁空中换索仿真计算、竖向支撑加固、既有索拆除、新索安装和新索张拉。所述张弦梁空中换索仿真计算包括建立换索施工的有限元计算模型和仿真计算结果修正；所述竖向支撑加固包括根据仿真计算制定加固方案及布置示意图、建立监测网、临时支墩组装和中柱防偏配重悬挂；所述既有索拆除包括拆除准备和拆除索力；所述新索张拉在新索安装后对索力进行分级张拉，每50KN为一级，每一级张拉完成后停止5分钟监测结构变形，直至完成。所述竖向支撑加固的竖向支墩结构采用八三军用杆件拼组而成，18轴AD跨张弦梁下部架设3个临时支墩、相邻DF跨梁的相邻端设I个临时支墩，每个临时支墩的承载力为100吨。所述建立监测网包括检测内容和现场监测布置，建立三维监测控制网，对张弦梁与柱的坐标和标高进行全程监测，重点监测拱高(竖向位移)、梁长(水平位移)、位置变化(综合位移)情况。所述现场监测布置包括张弦索拉力的监测采用油压传感器测试；钢结构在支座、跨中的主钢梁及联系杆上布置5个监测点，监测采用振弦应变计，每个点对称布置两个振弦应变计；边柱的监测点布置在分叉柱中心上，中柱的监测点布置在两个分叉柱中心上，支墩的监测点布置在支墩顶端工字钢的中心上；相邻的西跨张弦梁、南跨张弦梁、北跨张弦梁均设5个变形监测点。所述新索张拉阶段当索力张拉至450KN后，索力每增加100 KN,根据张弦梁起拱情况将支撑千斤顶轻微退油，使千斤顶对梁的支撑力逐步减小，同时监测千斤顶卸力时索力的变化情况，根据变化情况确定具体千斤顶的卸力幅度，轻微松开张弦梁两端拉接的钢丝绳，并观测张弦梁的长度变形情况，逐步减小钢丝绳的拉接作用，使拉索独自受力；
索力张拉至测试索力的90% (约640KN，根据实测索力计算)时，将支撑千斤顶的支撑力和钢丝绳拉力完全卸除，重新测试索力大小，将索力值分两次张拉至现工况下的实测索力值；
索力张拉至240KN、480KN时停止10分钟，监测结构变形情况；
索力张拉到位后，监测结构变形，结构整体变形情况跟踪监测两天。有益效果从既有索卸除、新索悬挂、到预应力张拉完成以及最后支撑架的拆除，其间结构经历很多受力状态，本发明通过“预应力张弦梁空中换索的实施”，为日后张弦梁换索施工提供重要的试验依据和理论基础，具有重要的指导意义。
·图I为本发明的张拉支墩布置示意 图2为本发明的变形监测点布置示意图。图中1立柱、2竖向支墩、3索；a临时支墩一、b临时支墩二、c临时支墩三、d临时支墩四第一监测点、II第二监测点、III第三监测点、IV第四监测点、V第五监测点。
具体实施例方式本发明在不卸除上部荷载的工况下，高空单向卸载拆除既有索、悬挂新索，并进行单向预应力张拉的施工方法包括建立大跨度H型钢单悬索雨棚空中换索施工的有限元计算模型，仿真分析在不卸除上部结构荷载情况下的换索施工过程，为实际施工设计提供理论依据；依据仿真计算结果，制定张弦梁竖向加固及换索施工方案；在现场严格监测的情况下，保证张弦梁变形在允许的范围内，逐步分级卸除原张拉索的索力、拆除既有索、安装新索并分级张拉至设计值。下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。本发明包括如下步骤张弦梁空中换索仿真计算、竖向支撑加固、既有索拆除、新索安装和新索张拉。所述张弦梁空中换索仿真计算包括以下内容
不卸除张弦梁上部结构荷载，卸除张拉索I对相邻的张弦梁、屋面体系及钢管柱的内力、位移影响较大，影响结构体系的稳定，结合现场实际，仿真分析换索施工过程，为实际施工提供理论数据(选择ADF跨交18轴的张弦梁进行换索)。仿真计算结果
O18号拉索换索前索力值为711KN，换索重张拉并卸除台架后索力值恢复708KN ；
2)卸除索力后分叉柱Y方向位移±lmm，AD轴水平Y方向位移为2mm;
3)卸索后对分叉柱的Y方向的推力增加最大15.4KN，立柱I推力增加14. 2KN ；
4)换索张拉后对对分叉柱的Y方向的推力增加最大15.2KN，立柱I推力增加14. 1KN。整个施工过程桁架变形很小，立柱和分叉柱的位移也很小，主要受力为竖向支撑。所述竖向支撑加固包括竖向支撑加固、建立监测网和临时支墩组装、中柱防偏配重悬挂。
所述竖向支撑加固包括以下内容
I)根据仿真计算，制定张弦梁竖向支撑加固方案(如图I所示)。2)竖向支墩2结构采用八三军用杆件拼组而成，18轴AD跨张弦梁下部架设3个临时支墩一、二、三，相邻DF跨梁的相邻端设I个临时支墩四，每个临时支墩的承载力有为100 吨。所述建立监测网包括确定监测内容和现场监测布置
所述监测内容在地面上建立三维监测控制网，对张弦梁与柱的坐标和标高进行全程监测。换索过程中，重点监测以下情况I: 18轴AD跨和DF跨张弦梁在整个换索过程中的拱高(竖向位移)、梁长(水平位移)、位置变化(综合位移)情况；:! 18轴AD跨边柱、中柱的水平偏移情况；I 4个临时支墩的垂直度偏移情况；芏17轴、19轴张弦梁的拱高及下沉情况；笈在张弦梁和柱相应位置粘贴激光反射片。·所述现场监测布置(如图2所示)包括张弦索拉力的监测采用油压传感器测试；钢结构在支座、跨中的主钢梁及联系杆上布置5个监测点，监测采用振弦应变计，每个点对称布置两个振弦应变计。边柱的监测点布置在分叉柱中心上，中柱的监测点布置在两个分叉柱中心上，支墩的监测点布置在支墩顶端工字钢的中心上。相邻的西跨张弦梁、南跨张弦梁、北跨张弦梁均设5个变形监测点。所述临时支墩组装包括八三支墩杆件顶与梁底间的位置用油压千斤顶和斜三角形H型钢铁楔进行支撑，支撑应牢固，不能出现旋转或滑移。H型钢与钢梁底之间的缝隙用钢板填塞紧后，点焊固定，防止塞板滑动。八三支墩下部7米两分支撑间用拉接杆件进行拉接，以增加支墩的整体稳定性。支墩搭建时，新索配合放置，AD跨梁下的三个支墩同时搭建，下部7米搭建完成后，即将新索放至每个支墩两分支撑间的拉接杆上。索下垫木架板，以防止拉杆将索保护膜碰坏。所述中柱防偏配重悬挂包括AD跨张弦梁索卸力后，张弦梁两端因失去索的拉力而产生向外侧的推力，将造成中柱外倾。为防止中柱偏移，在中柱东侧的两根分叉柱上，分别增加两处混凝土配重，阻止中柱的偏移。配重与分叉柱间用钢丝绳连接，每处配重约12吨。所述既有索拆除包括拆锁准备和卸除索力。所述拆索准备包括
I)在中柱及边柱搭设张拉平台，提前两天在既有索的中柱端安装拆卸工装。2)在支墩与梁底板间顶紧之前，通过对索的再次张拉，测出目前工况下的索力值。3)卸除索力前应将AD跨与18轴相邻的檩条连接螺栓稍松开，避免18轴张弦梁卸除索力时产生较大下挠，从而影响相邻跨的张弦梁。4)在索头两侧的横梁上加两个抱箍，用钢丝绳和手拉葫芦将张弦梁两端拉起来，用以控制换索过程中梁的变形。5)在地面上建立三维监测控制网，对梁、柱的坐标和标高进行全程监测，并在相应位置上提前粘贴激光反射片。所述卸除索力包括I)分级卸除索力。每50KN为一级，每一级施工完成后，停止10分钟，监测结构变形情况，监测变化在允许范围内，进行下一级的卸载施工。当索力卸除1/3以及2/3时(大约卸除240KN、480KN)停止30分钟，监测结构变形情况。正常后进行下一阶段的卸载施工。卸载过程中，实时监测张弦梁的长度变形情况，若发生变形过大，应停止卸载，分析变形原因，避免因索力消除和梁变形给柱子施加过大的水平推力。
2)索力完全卸除后，监测结构变形情况。半个小时后，若没有异常。人工拆除铸钢件及高强螺栓，将索松开，用两台25吨吊车分别位于两端将索头吊住，缓缓将索放下。3)整个卸索施工过程要严格控制给油速度，速度宜控制在30KN/min内。所述新索安装包括如下步骤1)索体在地面放开后，用两台25吨吊车先吊至3个 支墩两分撑间的拉杆上；既有索卸除后，再吊至撑杆位置；2)安装边柱一端的索头，中柱索头配合调节。边柱精确定位后,将中柱索头挂好，自边柱向中柱依次精确定位3根撑杆处的铸钢件位置；3)吊车吊装索头和安装铸钢件时，宜用大钩，并缓慢进行吊装。所述新索张拉包括如下步骤
I)张拉时分级进行张拉。每50KN为一级，每一级张拉完成后，停止5分钟，监测结构变形。2 )索力张拉至450KN后，索力每增加100 KN,根据张弦梁起拱情况将支撑千斤顶轻微退油，使千斤顶对梁的支撑力逐步减小，同时监测千斤顶卸力时索力的变化情况，根据变化情况确定具体千斤顶的卸力幅度。轻微松开张弦梁两端拉接的钢丝绳，并观测张弦梁的长度变形情况，逐步减小钢丝绳的拉接作用，使拉索独自受力。3 )索力张拉至测试索力的90% (约640KN，根据实测索力计算)时，将支撑千斤顶的支撑力和钢丝绳拉力完全卸除，重新测试索力大小，将索力值分两次张拉至现工况下的实测索力值。4 )索力张拉至240KN、480KN时停止10分钟，监测结构变形情况。5 )张拉到位后，监测结构变形。结构整体变形情况跟踪监测两天。本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。
权利要求
1.一种大跨度H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法，其特征在于包括如下步骤张弦梁空中换索仿真计算、竖向支撑加固、既有索拆除、新索安装和新索张拉； 所述张弦梁空中换索仿真计算包括建立换索施工的有限元计算模型和仿真计算结果修正；所述竖向支撑加固包括根据仿真计算制定加固方案及布置示意图、建立监测网、临时支墩组装和中柱防偏配重悬挂；所述既有索拆除包括拆除准备和拆除索力；所述新索张拉在新索安装后对索力进行分级张拉，每50KN为一级，每一级张拉完成后停止5分钟监测结构变形，直至完成。
2.根据权利要求I所述的大跨度H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法，其特征在于所述竖向支撑加固的竖向支墩结构采用八三军用杆件拼组而成，18轴AD跨张弦梁下部架设3个临时支墩、相邻DF跨梁的相邻端设I个临时支墩，每个临时支墩的承载力为100 吨。
3.根据权利要求2所述的大跨度H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法，其特征在于所述建立监测网包括检测内容和现场监测布置，建立三维监测控制网，对张弦梁与柱的坐标和标高进行全程监测，重点监测拱高(竖向位移)、梁长(水平位移)、位置变化(综合位移)情况。
4.根据权利要求3所述的大跨度H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法，其特征在于所述现场监测布置包括张弦索拉力的监测采用油压传感器测试；钢结构在支座、跨中的主钢梁及联系杆上布置5个监测点，监测采用振弦应变计，每个点对称布置两个振弦应变计；边柱的监测点布置在分叉柱中心上，中柱的监测点布置在两个分叉柱中心上，支墩的监测点布置在支墩顶端工字钢的中心上；相邻的西跨张弦梁、南跨张弦梁、北跨张弦梁均设5个变形监测点。
5.根据权利要求I所述的大跨度H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法，其特征在于 所述新索张拉阶段当索力张拉至450KN后，索力每增加100 KN,根据张弦梁起拱情况将支撑千斤顶轻微退油，使千斤顶对梁的支撑力逐步减小，同时监测千斤顶卸力时索力的变化情况，根据变化情况确定具体千斤顶的卸力幅度，轻微松开张弦梁两端拉接的钢丝绳，并观测张弦梁的长度变形情况，逐步减小钢丝绳的拉接作用，使拉索独自受力； 索力张拉至测试索力的90% (约640KN，根据实测索力计算)时，将支撑千斤顶的支撑力和钢丝绳拉力完全卸除，重新测试索力大小，将索力值分两次张拉至现工况下的实测索力值； 索力张拉至240KN、480KN时停止10分钟，监测结构变形情况； 索力张拉到位后，监测结构变形，结构整体变形情况跟踪监测两天。
全文摘要
本发明提供了一种大跨度H型钢平面组合结构张弦梁高空换索施工方法，包括如下步骤张弦梁空中换索仿真计算、竖向支撑加固、既有索拆除、新索安装和新索张拉。从既有索卸除、新索悬挂、到预应力张拉完成以及最后支撑架的拆除，其间结构经历很多受力状态，本发明通过“预应力张弦梁空中换索的实施”，为日后张弦梁换索施工提供重要的试验依据和理论基础，具有重要的指导意义。
文档编号E04G23/02GK102877657SQ20121038870
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者于建利, 文璐, 殷倩倩, 张祥善, 姜翠萍 申请人:中铁十局集团建筑工程有限公司