[文章]：某野生动物园索膜结构设计优化

scjkytt

某野生动物园主表演厅为一74米直径的圆形屋顶，为目前国内直径最大的索膜结构。其索布置如图1所示由上下各16束组成，锚固在由16根柱支撑的钢环梁上，钢环梁直径为1.22米，上索上部覆盖银白色的膜，整个结构显得轻盈、明快。本工程拉索部分施工由四川省预应力特种技术工程公司承担。
一、        优化设计的主要特点
1、结构形式的选择
     原结构设计采用上下各32束拉索，在中心筒及钢环梁上分别锚固的结构方案。但在具体实施时，因中心筒为径向受拉单体，结构对中心筒的要求高，以至于中心筒自重较大；另外，索与中心筒的连接，在构造处理上非常困难，最后选择车辐式结构方案，在索形式的选择上作了改进，即使上下索在中心筒连续通过，使中心筒受力变为轴向受 压。经此改进后，大大缓解了中心筒的受力状态，使中心筒的自重大大减少。改进后中心筒用钢量节约了60%，索连接锚固装置减少了50%，并简化了中心筒与索连接的构造处理。
2、索的选择
索膜结构的索一般目前由二种选择方式：在跨度不大时选择钢缆绳，在跨度较大时可选择桥梁系列的吊索。这种专门为桥梁加工的索一般体积较大，锚固头所需的位置也较大。本工程如采用桥梁用吊索，其锚头外径达Φ145mm，螺母直径为Φ210mm,长约800mm,
体积庞大，而环梁直径仅为1.22米，在同一位置锚固上、下二索根本不可能。此外，此屋盖体系不做吊顶，上下束错开会影响建筑美观。故根据本工程的实际特点选择单根1860MPa级的高强度钢绞线，外涂油脂，并套双层 PE层，而后用卡子成束。
3、索的锚固方式
      由于上下索需在同一位置处锚固，故钢绞线束在穿入钢环梁时分成二层逐根穿入，并在梁内交叉，如图2，在有限范围内将束均匀分布在环梁处锚固，锚固夹具采用夹片式锚具经处理单根锚固方式。
4、节点构造
    索产生的拉力完全由外环梁承担，钢环梁壁厚仅有14mm，而局部集中了16根钢绞线，如不采取措施，钢环梁在束的总破断力为400kN状态下局部变形过大。原设计在外环梁内加设加劲衬板，这势必增加焊接量及加工不经济，而且由于操作空间受到限制，难以保证质量;同时预应力索也需从此通过，而安装了加劲衬板处的环梁内部空间狭窄，对其安装造成困难，影响进度，也不经济。后经充分考虑，在锚索安装完成后，在索左右两侧一定范围内浇筑混凝土，形成局部钢管混凝土，在不设衬板的情况下，使问题得到圆满解决。
二、悬索施工特点
1、悬索的安装
预应力悬索整束重达1000kg，必须使用大型机械设备并搭设相当数量的支架才能完成安装工作。后来改为单根钢索（每根重量仅为90kg）安装，最后成束的方式。在实际操作中，使用了地面放料盘、滑轮和人力空中牵引。此方法几乎不使用任何大型设备，且施工简便，易于控制,索的安装净工作日仅为5天。综合考虑，其工效性、经济性非常明显，。
穿束时，为保证内环稳定性，先在东西方向平行安装两根上索，南北方向平行安装两根下索。然后依次成对安装其余钢索。
2、悬索的张拉
悬索的张拉对结构起着至关重要的作用，因此张拉方式的选择就显得尤为重要。为保证张拉后索力达到设计值，在考虑索及中心环自重条件下，经过理论计算，确定实际张拉
力。由于张拉产生的水平力完全由外环承担，在不均匀荷载下，其变形较大，同时为保证内环的稳定，决定张拉完一根下束钢绞线后，立即张拉同一位置的一根上索，使索产生的垂直分量自相平衡。依次旋转张拉完16束上下束中的32根钢绞线。按上述步骤张拉每束的第2根，直至第7根钢绞线，张拉力为计算值的50%。再按上述步骤将每束7根已拉钢绞线的力拉至计算值。分两次张拉的目的是尽量减少不均匀张拉在外环上引起的弯矩及变形影响，下索每束剩余的两根钢绞线在内环支撑拆除后张拉。
此结构应考虑多点张拉方式，为在满足变形条件下张拉设备用量最省，经过理论计算，在两台四点加力情况下其外环直径变形值最大为 15.3mm ,局部变形为14.3mm ;四台八点加力情况下其外环直径变形值最大为2.2 mm ,局部变形为1.6mm ,此两种情况下不仅外环变形过大,而且受力不均匀；采用八台十六点加力，按上述步骤每张拉8根钢线，外环直径变形值最大为 1mm，局部变形为0.9mm ,较为合理。实际施工中采用八台千斤顶分两次张拉。
     单孔夹片锚在高应力状态下具有良好的锚固性能，此工程每根钢索张拉力不足50kN，远低于其常规工作应力(180kN左右)，在不采取任何措施的情况下，其工作性能是难以保证的。因此，特地定制了一批锚具及张拉设备,在理论计算的前提下，提高张拉力，使锚具滑移在张拉过程中基本完成，最后放松锚具，使索力达原设计值。经过相关测试，结果表明效果良好。
3、内环支撑的拆除
     用四台千斤顶支起内环，拆去内环下的垫块，然后四台千斤顶同步回油，内环随之缓慢下沉至下一层垫块上，待内环稳定后，再按前述方法拆去所有垫块，直至内环完全悬空。最后，对所有的索预应力校对一遍，结果满足设计要求。
三、结束语
     1、合理选择悬索形式，能够最大程度的减少外环构件截面，提高施工进度，节约资金，本项目通过优化设计与施工方案，减少投资约100万元。
     2、钢内环由受拉状态改为受压，使内环、外环用钢量大为降低，同时悬索截面也相应减小，具有明显经济效益。
     3、钢环梁具有截面轻巧，现场施工节省工日的特点，但在施工过程中，必须考虑外环的径向变形和局部变形问题。
     4、索张拉完成后，应对索力作复核、调整。
     5、施工方法在钢梁与索的组合结构中，是有非常重要的影响，对施工过程的验算是必要的。

LSJTABLXG

有图吗？

scjkytt

有但我传不上来哟!怎么办?

cyy973

希望见图！