关于 无锡硕放机场雨篷预应力钢拉杆张拉分析与应用的研究

作者：郑晓敏                               

    近几十年来，空间结构得到了迅猛发展，预应力结构在空间结构中被广泛应用，使得具有特殊外观造型的结构形式得以实现。预应力钢结构不同于一般的刚性结构，刚性结构是从几何和材料中获取刚度的，而预应力钢结构是通过张拉过程来获取刚度，从而使结构具有承载力。因此，张拉过程是构成预应力钢结构的重要环节。

1  工程概况

    无锡硕放机场二期扩建工程在高架桥上方设有9榀莲花瓣状大型雨篷，雨篷总长216m，外挑24m，悬挑端最高点约27m。箱形空间曲梁由基础向上蜿蜒交汇，端部设有梭形人字支撑，2根曲梁通过压杆及高强预应力钢拉杆连成整体，预应力钢拉杆材质为460级，直径100mm。如图1所示。

 2卸载与张拉顺序选择

    雨篷结构可先卸载后张拉，亦可先张拉后卸载。先卸载后张拉需确定卸载后未张拉状态下雨篷结构的应力及变形；反之，先张拉后卸载需考虑卸载后索力的变化，此两种工况需进行比较分析，选择最佳方案。对比分析未张拉情况下，卸载胎架后雨篷结构应力及位移和钢拉杆张拉至1 000kN后卸载，雨篷结构索力变化，可以得出：空间曲梁的刚度较大，且预应力钢拉杆位于空间曲梁的曲面内，支撑胎架对其预张力的影响较小，卸载前后拉杆张拉力变化不大，但结构卸载前后的竖向和水平向位移均较犬。

    考虑到支撑胎架对张拉有一定的约束作用，存在多种不确定性因素，导致卸载后预应力钢拉杆的实际张拉力与设计偏差较大。因此，在有支撑胎架条件下安装完全部钢结构构件和预应力钢拉杆，在雨篷完全卸载后，张拉预应力钢拉杆至设计索力。

  3  单个雨篷张拉分析

    单个单元钢拉杆索力增加应遵循同步缓慢的原则，避免结构局部应力过大，因此，3组钢拉杆张拉采取分级张拉方法，保证索力逐步增加至设计值。如图2所示。

    预应力钢拉杆分为3批张拉，分别为T组、M组和B组，拟采取0->30%->60%->90%->100%的张拉方法，分别仅张拉至设计值的30%时，钢拉杆内力变化如表1所示。

    由上述分析可得，若采取分批张拉且第1次张拉至设计索力的30%时，无论先张拉哪一批钢拉杆，均会导致其余钢拉杆受压，因此应调整第1次预张力，确保分批张拉过程中不会出现受压杆件。由上述分析可以看出，先张拉T组钢拉杆对其余未张拉钢拉杆的影响相对较小，仅M组转变为压杆，压力为12kN；若先张拉B组，M组转变为压杆，压力达19kN；若先张拉M组则T组和B组均由拉杆转变为压杆，且压力荷载达29kN。因此，拟采取分批逐级张拉，张拉顺序为T组->M组->B组，第1次张拉仅张拉至设计索力的10 0%。

    采取0->10% -+30%->90%->100%的张拉方法，各个阶段索力变化如表2所示。

    分析2片雨篷间预应力相互影响时，假定其中一片雨篷的预应力钢拉杆均已张拉至设计索力，另一片雨篷由底部钢拉杆至顶部一次性张拉至设计索力，分析已张拉完成的雨篷钢拉杆索力是否发生较大变化。结合上述有限元分析模型和钢拉杆编号，其中1号雨篷为已经张拉完成状态，分析时2号雨篷拉索由2-3组->2-2组->2-1组，均张拉至100%设计索力。图3为2片雨篷预应力钢拉杆编号。

    张拉过程中拉杆索力变化如表3所示。

    由上述分析可得，雨篷预应力钢拉杆张拉时相互间影响较小，结构变形影响也较小。其中预应力钢拉杆的索力有增大也有降低，增大幅度最大为2. 1%、降低幅度最大为1.7%，因此，该结构雨篷钢拉杆可采取逐片张拉的施工方法。

5  结语

本文通过对胎架卸载与张拉顺序、张拉过程中雨篷单元内部及相邻单元之间结构及索力变化进行了比较分析，选择了胎架先行卸载、单元逐个张拉的施工顺序，在张拉过程中对索力及结构变形进行了监测。结果表明，按照上述原则实施的张拉方案科学可行，为多组连续单元预应力结构的张拉提供借鉴经验。

6[摘要]无锡硕放机场雨篷为9个相同的莲花瓣单元，每个单元内部设有3组高强预应力钢拉杆。张拉施工前需对以下内容进行分析研究：胎架卸载时间、张拉时单元内部索力变化及结构受力变化、张拉对相邻单元的影响。采用大型有限元分析软件ANSYS建立施工过程分析模型，通过对以上3点进行分析比较，重点研究雨篷应力、位移及索力的变化，制订科学合理的张拉方案，确保结构安全。