索桁架的预应力控制
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自动控制系统在体育场屋盖索张拉过程中运用摘要:本文以某体育场屋盖系统为例,介绍自动控制系统组成及在索张拉过程中成功运用,以期为类似工程提供些许借鉴。
关键词:屋盖索三级控制LTQ2500千斤顶一、工程概况某体育场屋盖支撑膜材的为轮辐式双层索结构,整个屋盖共有36榀索桁架,其上径向索为φ75,下径向索为φ95,每榀7根悬挂索均为φ20,索桁架与内拉环相交处设置承压的“飞柱”,其截面为φ375×10,中央上部为圆形的内拉环,由上、下拉环构成,上拉环为φ70×6全封闭索,下拉环则为φ90×6全封闭索。
内拉环产生的预应力通过径向索桁架产生拉力,并传递到由360根钢结构柱作支撑的外压环梁上,形成自锚体系,具体如图1所示。
索结构采用同时提升、张拉施工技术,钢索安装到位时径向上索受力200吨,径向下索受力360吨,根据张拉拉索数量多,拉索径向载荷大,操作同步要求高,本工程采用液压千斤顶自动控制张拉系统作为本次施工的动力和控制设备。
图1 某体育场索结构轴测图二、自动控制系统的组成索张拉自动控制系统主要由控制系统、监测系统、动力单元、执行部件、四部分组成。
具体包括1个主控台、4个同步分控箱、18个超高压同步泵站、72台液压千斤顶以及相应的反馈元件(接近开关、位移传感器、压力传感器等)。
张拉施工时共有36个张拉点,每个张拉点用2台千斤顶同步顶升,每台泵站控制两个张拉点同步张拉,18台泵站分为4组由4个分控箱控制,分控箱将信号统一传给主控台,实现整体控制过程。
控制指令可以由主控、分控、和泵站分别发出,实现三级控制功能,自动系统关系如图2所示:图2 三级控制示意图三、自动控制系统各部分介绍1、主控台。
主控台系统由通讯部分、荷载采集部分、比例控制阀以及中控系统组成。
在自动控制系统中控制权限最高级,可以实现对18台超高压泵站的同步控制动作,也可以实现对某一个分控箱或某一台液压泵单独控制,施工张拉过程中的所有指令由主控台发出。
大跨度柔性桁架索光伏支架结构性能分析与设计2 山东电力工程咨询院有限公司山东济南 250013针对土地集约化采用柔性桁架索光伏支架的方案,并对通过计算分析对该支架的关键技术点提出合理的建议。
讨论了柔性桁架索光伏支架拉索受力及挠度的设计容许值,选取一个五跨柔性桁架索光伏支架,利用SAP2000结构有限元分析软件对预应力张拉索结构受力状态与变形分析,结果表明柔性桁架索光伏支架预应力索符合光伏支架承载力与刚度之间的关系,最后对预应力张拉索的张力范围进行了计算,为今后的相似工程设计提供参考。
0 引言随着经济全球化进程不断加快,能源问题已引起党中央、国务院的高度重视,作为国民经济发展支柱产业,电力产业的发展受到更为广泛的关注。
化石能源日渐枯竭,而现代生活的方方面面都对能源表现出越来越强的依赖。
不可再生能源供给不足成为人类社会发展的首要问题之一,而开发和利用可再生能源是现今解决能源问题的策略之一。
目前被看做永不枯竭的太阳能已被大家公认为诸多绿色能源中具有潜力的能源,可有效缓解对传统能源资源需求不足,因此,太阳能光伏发电技术受到了社会和科研工作者的重视。
近年来,山地光伏、渔光互补、农光互补及大型污水处理厂综合利用等传统刚性光伏支架缺点越来越突出,如占地面积大、场地平整度要求高、土地无法二次利用等。
因此,降低光伏电站成本及适应各种复杂的场地建设条件,改变传统支架的方式变的很重要。
充分利用地形条件差而光资源较好的地区,柔性光伏支架被推至前沿。
首先柔性光伏支架仅承重支撑结构占用土地面积,对场地面积要求低;其次能适用于各类复杂地形,能充分二次利用土地空间,具有较好的土地综合经济效益;再次该支架采用柔性张拉索承重,张拉后的钢索支架承重结构具有较好的力学性能、力学刚度,且造价相对普通支架较低;综上,柔性支架更能有效推动光伏产业快速发展。
1柔性桁架索光伏支架技术原理柔性桁架索光伏支架设计方案是把传统刚性支架方案的组件支撑檩条改为钢绞线,其特点是通过预应力钢绞线张拉,具有较强几何刚度。
拉索式点支幕墙旳施工措施1.施工阐明拉索式点连接全玻璃幕墙旳施工与设计十分紧密, 设计时必须预先考虑施工旳环节, 尤其必须预先规定好张拉预应力旳环节, 实际施工时必须严格按照规定旳环节进行, 假如稍有变化, 就有也许引起内力很大变化, 会使支承构造严重超载, 因此, 施工人员必须清晰设计人员旳意图, 设计人员必须做好透彻技术交底并在关键旳施工阶段亲临现场指导。
拉索式桁架旳架设必须首先建立支承构造, 把已经预拉并按精确长度准备好旳索桁架就位, 调整到规定旳初始位置并安上锚具初步固定, 然后按固定旳次序进行预应力张拉, 张拉预应力一般运用多种专门旳千斤顶进行操作, 易于控制张拉力旳大小, 张拉过程要随时监测索系旳位置变化, 必要时在征得设计人员同意后做合适调整, 使整个拉索式拦截全玻璃幕墙完毕到达预定位置。
为使预应力均匀分布, 最理想方案所有预应力分三个循环。
第一种循环完毕预应力旳50%, 第二、第三个循环各完毕25%, 三个循环张拉完毕到达100%旳预应力, 为使钢爪支座标高旳变化控制在尽量小旳范围, 这种轮番张拉以使张罗啊完毕后, 索旳形状基本不变。
夹具采用球铰夹具, 球铰夹具可使玻璃中间支承点出应力大幅度下降, 可下降到40%-70%。
夹具根据香肠幕墙制定特殊旳夹具, 如角度, 夹玻璃片数。
12、安装施工流程:测量定位→支承构造制作安装→所桁架安装→索桁架张拉→不锈钢驳接爪旳安装及调整→玻璃安装→板块调整→紧固→注胶→清洗→竣工验收3.幕墙旳施工措施:3.1测量定位: 按设计轴线及标高, 分别测量屋面(楼板)梁或支承钢(砼)梁, 地锚(水平基础梁)、各楼层钢索水平撑杆旳纵轴向轴线及标高, 形成三维立体控制网, 从而满足幕墙、支承构造、索桁架、钢爪定位旳规定。
3.2施工人员学习领会设计规定, 统一思想, 统一指挥, 统一行动。
技术人员切实做好技术交底工作, 施工时并到现场检查统一实况。
3.3支承构造旳安装。
目录第一章编制依据及执行标准 (4)1.1 编制依据 (4)第二章工程概况 (5)2.1 项目概况 (5)2.2 工程结构体系简述 (6)2.3 结构细部节点构造 (9)2.4 结构构件特征 (11)2.5 施工重点难点分析 (12)2.5.1 钢结构吊装的重点和难点 (12)2.5.2 张拉施工的难点 (13)2.5.3 相贯线加工质量的重要性 (13)2.5.4 焊接质量的重要性 (14)第三章施工部署与准备 (15)3.1 项目组织管理 (15)3.1.1 项目管理组织机构设置 (15)3.1.2 项目管理组织机构组建原则 (16)3.2 施工前期准备 (17)3.2.1 钢结构临时堆场 (17)3.2.2 构件进场验收 (17)3.2.3 钢结构构件标识 (17)3.2.4 坐标点复核 (18)3.3 施工总平面布置 (18)3.3.1 现场条件分析 (18)3.3.2 施工现场平面布置原则 (18)3.3.3 施工现场总平面布置 (18)3.4 施工用水计划 (19)3.5 施工用电计划 (20)3.6 现场施工机械设备投入使用计划 (21)3.7 钢结构试验及检测设备投入计划 (21)3.8 现场施工劳动力计划 (22)3.9 总体施工进度计划 (24)第四章钢结构加工制作、运输方案 (25)4.1 钢材抛丸除锈 (25)4.2 钢结构的防腐涂装 (26)4.3 杆件的放样下料 (28)4.4 弦杆的弯弧 (31)4.5 支座加工制作 (32)4.6 构件的运输 (33)4.7 杆件加工的质量控制与检验 (35)第五章桁架现场拼装方案 (37)5.1 桁架地面拼装的工艺流程 (37)5.2 构件进场及验收 (38)5.3 胎架的设计 (39)5.3 拼装工艺流程 (42)5.4 桁架的地面拼装 (44)5.5 桁架拼装工艺要求 (47)5.6 拼装质量保证措施 (48)第六章吊装的总体布置 (50)6.1 吊装的特点和难点 (50)6.2 吊装的总体思路 (50)6.3 钢结构区域划分 (50)6.4 钢结构安装顺序 (51)6.5 吊装的组织与管理 (52)6.6 吊装条件和准备 (53)第七章现场吊装及滑移方案实施 (71)7.1 主桁架分段位置及吊装工况 (71)7.2 单榀桁架的吊装 (74)7.3 构件吊装计算 (77)7.4 支撑架的设计、设置 (90)7.5 揽风绳及地锚验算 (128)7.6钢结构桁架安装基本流程 (138)7.7 结构累积滑移原理 (141)7.8滑移工艺流程图 (143)7.9 滑移操作要点 (144)7.10滑移轨道的设置 (146)7.11 滑移设备选择 (148)第一章编制依据及执行标准1.1 编制依据可根据钢结构规范自己编写。
索桁架的预应力控制
张芹
点连接全玻璃幕墙在我国广泛使用已有近十年历史,2000年使用了约50万m2,一个工程使用几万m2的也为数不少。
在建造这些幕墙时,积累了大量计算资料、试验参数和施工经验。
同时,在设计、施工和使用中也出现或提出一些亟待解决的问题。
于是对积累的资料和经验进行总结,对拉索式点连接全玻璃幕墙索桁架技术进行理论分析,找出其内在规律,提出一套完整的设计计算、施工方案,来指导设计、施工是当前迫切的任务。
索桁架的预应力控制是索桁架设计、施工技术中的关键问题。
索桁架是柔性张拉结构,在没有施加预应力之前没有刚度,其形状也是不确定的,必须通过施加适当的预应力赋予其一定的形状,才能成为能承受外荷的结构。
在给定的边界条件下,所施加的预应力系统的分布和大小(这是一套自平衡的内应力系统)同所形成的结构初始形状是互相联系的。
如何最合理的确定这一初始形状和相应的自平衡预应力系统,就是张拉结构“外形确定”(或更确切地称为“初始平衡状态的确定”)这一命题要解决的任务。
但不能认为预应力满足了始态的要求就算完成了任务(要满足始态的力系平衡,只要施加很小的预应力就可以了),还要求预应力系统在终态(即索桁架承受最大设计水平作用时),任意一根索都不发生松弛,且保持一定大小的张力储备。
预应力控制贯穿在施工阶段和使用阶段的全过程。
我们讨论预应力时一定要分清预应力张拉控制应力值和有效预应力值。
虽然两者紧密相关,实际上可以说是相互依存的,但严格的区分,两者并非同义语,而有不同的内涵。
因为钢索在张拉时所建立的预应力,从构件开始制作直到安装、使用各个过程不断降低,实际上这种应力值损失就是由于钢索回缩变形引起的,所有预估的预应力损失发生后,钢索中的应力降低到预估的最低值,就是有效预应力,即σpo=σcon-ΣσL 。
索桁架一般要预估下列预应力损失:
1.张拉端锚具变形引起的预应力损失σL1=a*E/L
转角处转向装置与钢索摩擦引起的预应力损失σL2=0.05*σcon
2.
逐榀张拉索桁架主体结构变形,使已锚固索桁架跨度缩短引起的预应力损失σL3=Δ*E/L 3.
4.钢索(棒)松弛引起的预应力损失
σL4=0。
05*σcon (钢棒)
σL4=φ[0.36*(σcon/f fptk)-0.18]*σcon(钢索)
5.使用荷载使主体结构变形,索桁架跨度减少引起的预应力损失σL5=Δ*E/L
预应力张拉控制应力值和有效预应力值对索桁架的力系平衡都有十分重要的影响,要分别评估。
索桁架在承受最大设计水平作用后,要求承力索截面最大设计应力值应等于或小于钢索强度设计值。
稳定索截面的应力值应大于或等于零(即稳定索索长大于或等于下料长度,这时钢索不会发生松弛)。
特别要指出拉索式点连接全玻璃幕墙要承受正风压和负风压,即承力索和稳定索角色要互换,这样每一根索的截面应力都要控制在这个范围内。
预应力张拉控制应力值和有效预应力值基本上是同时(不一定同步)增长。
因此确定预应力张拉控制应力值是首要的任务。
对索桁架钢索预应力张拉控制是在预估各种预应力损失的基础上,在张拉时选择适当的预应力张拉控制应力值,预应力张拉控制应力值要根据作用在索桁架上的作用和钢索材料特点等多方面因素综合考虑后选用。
预应力张拉控制应力值决定了钢索的下料长度,这一长度是衡量索桁架变位后稳定索是否松弛的基准(即在索桁架变位后稳定索索长缩短的极限为不能小于钢索下料长度)。
预应力张拉控制应力值也是建立有效预应力值的基础,有效预应力值对索桁架的变形有直接影响,它们成反比例关系,有效预应力愈大,索桁架变形愈小,反之变愈大。
提高有效预应力值是减少索桁架变形,提高其刚度的重要手段。
如果有效预应力太小,索桁架很快变位到稳定索松弛而失稳。
不过有效预应力过大,就会增加支承结构的负担,使主体结构构件截面加大,增加主体结构的造价,有时甚至可能使主体结构不堪负担。
钢索截面增大也能提高索桁架刚度,但影响不大,且不经济。
钢索的弹性模量对索桁架的稳定和刚度有两方面影响,弹性模量小,钢索伸长量大,可以减少下料长度,可延缓稳定索松弛相反。
小的弹性模量会增加索桁架变位,使稳定索加快回缩。
因此必须权衡两方面利弊,选用适当弹性模量的钢索。
按以上原理,通过下面几个实际工程来分析预应力取值(注:下面实例均为竖向索承受自重,索桁架承受水平作用考虑) 。
例 1.折线型索桁架不锈钢索A=26.35mm2E=1.8*105N/mm2f PTK=1290N/mm2f S=600N/mm2 q=1791N/m q K=1284.12N/m 索桁架跨度L=8m f=1m. 从表1中可以看出,当取σcon/f PTK为0.1和0.13时稳定索松弛,索桁架失稳。
当取0.16时,承力索截面最大设计应力值为545.6N/mm2,稳定索尚存留预应力 4.37N/mm2(稳定索索长比下料长度多0.1mm)。
而当取0.2时,承力索截面最大设计应力值为546.68N/mm2,稳定索尚存留预应力82.94N/mm2。
这时施加给支承结构的反推力比0.16时增加了21%。
例 2.水平折线型索桁架不锈钢索A=30.73mm2E=1.8*105N/mm2f PTK=1300N/mm2f S=607N/mm2 L=6m f=1m q=2870N/m q k=2055N/m 。
从表2中可以看出当取σcon/f PTK 为0.1和0.15时,稳定索松弛,索桁架失稳。
当取0.18时,承力索截面最大设计应力值为464.59N/mm2,稳定索截面应力为零。
当取0.2时,承力索截面最大设计应力值达到464.92N/mm2,稳定索截面应力为40.25N/mm2,施加给主体结构的反推力增加到0.18时的1.14倍。
例3. 抛物线型索桁架不锈钢索A=421.59mm2E=1.8*105N/mm2f PTK=1130N/mm2f S=527N/mm2
L=15m f=1.2m q=8970N/m q k=6417.15N/m 从表3中可以看出当取σcon/f PTK为0.15时,稳定索松弛。
当取0.186时,承力索截面最大设计应力值为496.19N/mm2,稳定索截面应力为零。
当取0.2时,承力索截面最大设计应力值为496.94N/mm2,稳定索截面有预应力27.14N/mm2,比0.186时对支承结构反推力增加了8.4%。
例4拉杆折线型索桁架不锈钢杆A=754.77mm2 E=2.06*105N/mm2f Py k=206N/mm2f S=190N/mm2 L=15.426m f=1.2m q=5518N/m q k=3949.2N/m 从表4中可以看出,当取σcon/f PyK为0.375和0.5时,稳定索松弛。
当取0.51时,承力索截面最大设计应力值为182.83N/mm2,稳定索截面保持预应力3.9N/mm2。
当取0.55时,承力索截面最大设计应力值为183.04N/mm2,稳定索截面应力为23.4N/mm2,对支承结构反推力比0.51时增加12.4%。
通过以上分析,可以总结出索桁架预应力控制的原则:
1.预应力张拉控制应力值取值过小,稳定索过早松弛,使索桁架失稳,丧失承载能力(图A)。
2.预应力张拉控制应力值取的极限状态,应是在承力索截面最大设计应力值达到钢索强度设计值的同时,稳定索截面应力为零,这在实际工程设计中很难实现(图B)。
3.预应力张拉控制应力值取值的经济状态,可取为承力索截面最大设计应力值小于或等于钢索强度设计值(最好不小于90%),稳定索截面保有不大于10N/mm2张力储备(图C)。
4.如果给钢索以超过所要求的预应力值,不仅不能节省材料,还会走向反面。
预应力张拉控制应力值过大(稳定索保持的张力储备大于10N/mm2),不仅索桁架钢索截面加大,而且会增大支承结构截面,增加主体结构造价,有时甚至会使主体结构不堪负担(图D) 。