体育场框架及罩棚挑梁悬拼法施工方案

工程名称第一卷体育场框架及罩棚挑梁悬拼法施工成都体育场是在原市人民体育场旧址上新建的一座现代化全天候体育场,地处城市中心,占地面积约10ha,建筑面积43340m2,可容纳观众40000人。第1章工程概况成都体育场建筑平面呈八心圆偶合的相似椭圆形,为周圈全封闭大悬挑罩棚的空间碗状结构,径向框架分为88条轴线,16处双柱双梁变形缝,400mm×400mm钢筋混凝土方桩基础,环向用联系梁构成蛛网结构。104榀双向对称的锯形框架在三维空间尺寸渐变,用小折线近似弧形形成庞大隽秀、刚劲挺拔的空间马鞍形曲面建筑效果。罩棚挑梁悬伸长度由南北中部的8.8m变化到东西中部的28m,端点高度由南北中部13.53m变化到东西中部26.622m。彩色压型钢板棚面设在挑梁下缘,挑梁暴露在罩棚屋面上(图6-19-1、6-19-2)。罩棚挑梁采用部分预应为混凝土结构,梁体为工字形截面,梁宽与框架柱宽相同,梁腹宽度仅120mm,在胁部增大为200mm。挑梁尾段与框架顶部立柱整体现浇,悬伸部分划分为1~4段块体进行悬臂拼接。拼接块体在现场分段预制,拼接端肋面做成齿状棒口,用环氧树脂粘接,依靠榫齿嵌接和环氧树脂的粘结强度传递剪力。用起吊设备将预制梁段块体吊起,在空中悬臂拼装。拼接一段块体后,即张拉1~2束预应力钢丝,在现浇的挑梁尾部端面锚固,借助钢丝束的预加拉力,对块体施加压力,将拼接块体连接成整体。挑梁块体逐段悬拼,逐段延伸出去,在高空无支架的情况下,完成整榀大跨悬挑罩棚梁的施工(图6-19-3)。第2章大跨罩棚挑梁足尺结构试验施工前进行了最大悬挑跨度挑梁的足尺结构试验。试验内容有:框架与挑梁尾段整体现浇;挑梁块体预制;空中逐段悬拼;环氧树脂粘接;空中穿束;预应力张拉和锚固;预应力损失测定和荷载试验等。第1节预应力损失测定测量预应力损失的方法是在镦头锚板后面放置特制的传感器,将钢丝应变值传入应变测定仪,测出张拉后钢丝中的预应力值。将控制张拉力减去在钢丝中实际建立的预拉力,可得到预应力短期总损失值,其中包括锚具变形损失σl1、摩阻损失σl2、钢丝应力松弛损失σl4和锚环外附加损失σl′等。测试数据说明,曲线束的锚具变形损失σl1主要发生在尾部张拉端内4~6m的曲线长度范围,钢丝应力松弛损失σl4在顶塞后最初10min内完成30%。锚环外附加摩擦损失σl′可按控制应力σcon的5%计算。分批张拉的弹性压缩损失,由应变传感器和布置在梁体上缘的千分表量测,1束22Фs5钢丝的平均弹性压缩损失值约为220kN,弹性压缩损失值接近σcon的0.5%,可将先批张拉钢丝束的控制张拉力逐一加大一点给予补偿。工程名称实测的摩阻损失σl2为理论计算值的1.38~1.55倍,曲线束中建立的有效预应力比计算值偏小2%左右。这是因为曲线束金属波纹管的弧线位置不准确,形成多处小弯折点。另外,预留孔道在拼接面产生左右错孔或上下错孔,预应力钢丝形成弯折点,增大了摩阻损失。如果挑梁块体和现浇段预留孔道的施工误差过大,悬拼张拉后在钢丝中实际存在的有效预应力值,将比理论计算值偏低较多。第2节块体拼接端面上的局部承压施加偏心预拉力后,挑梁现浇段拼接端面承受的预压力最大,6束22Фs5总张拉力达2874.30kN。设计允许最大预压应力为10.7MPa,为现浇段混凝土设计抗压强度的47.4%。实测现浇段拼接端面上缘最大预压应力为26MPa,说明存在不均匀局部受压。试验中用钢棒或钢垫板调整梁体偏斜时,在拼接面上形成小点局部承压,在拼接面腹板上部,实测到的预压应力高达93MPa,此时在梁腹榫齿处出现挤压水平裂缝。施工中要保证梁体拼接端面平整无破损,尤其必须保证上缘孔洞之间有足够承压面积。校正挑梁时,不允许用加塞钢榫、钢垫板的方法,以免在拼接面上产生过大的局部压应力。待梁体混凝土达到100%设计强度后,方可进行预应力张拉。第3节挑梁荷载试验在挑梁上缘下缘和梁腹,贴有62片长距电阻应变片,用于各阶段加荷时测量各控制点的应力。梁体上表面设有10个位移测点,用应变仪测上缘应变,与应变片量测结果进行对比。在每段块体拼接处悬挂垂球,用标尺量测梁体的挠度。梁体上表面架设水平仪1台,挑梁正前方架设经纬仪1台,用以监测在悬拼过程中梁头处挠度变化和轴线偏斜。按20%标准荷载分级,从尾段向前端逐点逐级加载,达到设计标准荷载时持荷24h,卸载到零,量测残余变形。调整加载设备,加载到设计标准荷载的170%,控制截面作用弯矩达到设计弯矩的1.65倍,超过设计安全系数,持荷24h,量测应力和变形挠度,卸荷,量测残余变形,结束试验。由于加载设备限制,未作挑梁破损试验。荷载试验结果说明,在100%设计荷载作用时,部分预应力混凝土罩棚挑梁的上缘均处于受压状态,未出现拉应力,挑梁处于弹性工作阶段。在170%设计荷载作用下,梁体上缘出现不大的拉应力,控制截面未出现受力裂缝。卸载后塑性变形很小,残余变形值仅1~3mm,罩棚挑梁平面内刚度较好。开始悬拼时,拼接块体自重产生的向下挠度超过偏心预拉力产生的向上挠度,拼接后块体前端下挠。随挑梁块体逐段悬拼出去,预应力钢丝束数量增多,偏心预拉力产生的向上挠度,逐渐接近块体自重产生的向下挠度,越靠近自由端,块体前端下挠越小。在挑梁自由端,6束22Фs5钢丝产生的向上挠度,抵消4段YWL块体自重产生的向下挠度后,形成预应力上拱度,其值为23mm,相当于悬挑跨度的1/772。在设计荷载作用下,挑梁自由端产生向下挠度26mm,与预应力上拱度抵消后,工程名称仅有向下挠度3mm。卸荷后荷载挠度消失,自由端仍恢复上拱度23mm,挑梁处于弹性工作阶段。第3章框架现浇和罩棚挑梁悬拼施工第1节现浇框架施工.88条轴线双向对称,104榀锯形钢筋混凝土框架共有33种剖面,混凝土强度等级为C28,挑梁尾段与框架顶部立柱整体现浇,环向联系梁和现浇楼板构成三维尺寸渐变的空间马鞍形骨架。承受拉弯力的锯齿形斜大梁整体浇注,不允许留设施工缝,一次浇注混凝土40m3左右,在斜大梁上安放预制L形自防水先张预应力混凝土看台板。由于构件形状复杂多变,节点处钢筋非常密集,故框架柱梁用钢模板,节点和圆弧处用异形术模和弧形模板吻合。将2~4cm卵石换为1~2cm细石,掺加早强型减水剂,在试验室确定配合比后严格控制水灰比。在侧模适当位置开设浇注孔,用塔吊通过活动滑斗注入混凝土。采用填塞拆除方法施工双框架变形缝,用硬泡沫板填缝,刨花板作缝边侧模,浇注数日后,将填缝的泡沫板凿碎,可将刨花板抽出重复使用,逐段施工。须注意不可用硬泡沫板直接作缝边侧模,否则箍筋会压人泡沫板中,内缝侧面将大量露筋(变形缝外侧缝宽仅64mm,径向深度达2m多,处理露筋很困难),效果不好。第2节预制看台板防水嵌缝体育场看台板面既是数万名观众活动的楼面,又是下层房间及变电室等设备间的屋面,板端温度变形明显,防水难度较大。看台板为自防水板面,板缝防水采取上嵌下疏的方法,在板缝下面的锯齿形斜大梁上设有排水小沟,将板缝少量渗漏水引向环沟。在预制L形看台板端头侧面预留凹槽,看台板安装后,用氯丁橡胶防水材料嵌水平缝和竖向缝。预制看台板前边和两侧边板下均预设有滴水槽,以防雨水贴板下浸漏。看台板防水构造和防水嵌缝做法见图6-19-4。第3节挑梁块体预制及预应力孔道留孔104榀挑梁共216段YWL块体,22种规格,混凝土强度等级为C38,按梁号和施工先后分组,在砖砌胎模上平卧生产。在一个胎模上,逐段连槽浇筑,连续生产一榻挑梁的全部块体,前一段块体的后端面即是后一段块体的前端面,采用连槽浇筑,基本可保持块体拼接面连续吻合。预制块体采用钢管抽芯预留孔道,只要时间掌握合适,用钢管转动抽芯的方法预留直线孔道是有把握的。挑梁现浇段预留孔道施工不便,抽管困难。不论曲线孔道还是直线孔道,均采用铁皮波纹管预埋留孔。要保证波纹管位置准确。曲线圆滑,尽可能一根整管到工程名称位,少量接头处要用波纹管套接过渡,以免在接头处发生弯折错位而进浆,造成管内堵塞。波纹管在端面要露出模板一段长度,并将管口堵严,以免振捣时混凝土从管口挤入堵塞孔口(若堵塞曲线孔道,疏通十分困难)。挑梁现浇段在空中浇筑,而悬拼块体在胎模上生产。为保证第一段块体与现浇段端面悬拼吻合,采用10mm钢板精加工制成刚性端模。同一梁号的刚性端模分别用于同一榀挑梁现浇段端模和第一悬拼块体在胎模上的端模,用准线和经纬仪保证刚性端模安装的轴线位置及垂直度准确,尽可能使空中和地下分别浇筑的两个端面,接近连槽浇筑的效果。第4节端面修补和孔道清理端面一般缺陷可用环氧砂浆修补找平,角掉边或局部碎裂者要用环氧混凝土填补,再用环氧砂浆刮平。尤其要保证现浇段端面的承压面积和混凝土密实度。特制两端有锥度的清孔器,外径比制束后的钢丝柬稍大,两端焊上钢丝,在孔道内来回滑动以清理孔道。要注意防止预留孔道窜孔或错孔,施工时尤其要保证挑梁现浇段弧线,孔道的留孔质量。第5节高空元支架逐段悬拼罩棚挑梁预制看台板安装就位并满足抗倾荷重要求后,可进行挑梁悬臂吊拼。块体单段自重为2.6~4.9t,最大块体YWL-1长6.2m,安装高度27m,加上吊具重量共5.43t,采用双塔机抬吊的方法施工,内圈中塔和外圈中塔起吊力矩之和的80%为1120kN·m,可满足块体起吊力矩要求。15.4m的三角形钢管桁架抬吊扁担自重1.5t,内圈塔机和外圈塔机各吊起一端,在扁担下平衡吊拼YWL块体,双塔机协调动作,同步起吊。悬挂式轻型脚手架夹挂在块体两侧,随块体起吊,逐段拼出,交替流水使用。脚手架外侧设钢筋护栏和安全网(图6-19-5)。挑梁块体间的拼接面涂刷环氧树脂粘接,保持分段梁体纵向连续传力,拼接端面通过软接触增加吻合效果。为减少悬空涂刷操作,采用单侧双层涂刷法,先在空中和地面的两个待拼接端面上,分别涂刷环氧树脂底层,块体起吊前,在地面块体端面上再涂刷环氧树脂面层,1h内起吊拼接,以保证空中拼接端面在软结合中均匀粘接。在梁体顶面和侧面拉通线控制悬轴线位置;在场内控制圆心架处设经纬仪,上下扫描检查块体中心线是否与梁体中心及框架轴线重合,控制悬拼块体不产生错位或扭转;在块体端部放置丁字测尺,直尺与梁体中心线重合,在横尺两端吊下相等长度的细钢丝垂球,在看台板上用水平仪检查两只垂球是否处于同一设计标高,这样既控制了悬拼块体设计标高,避免产生上下偏倾或左右偏倾,又避免了块体前端面产生扭转。挑梁现浇段端面与第一段块体拼接端面,是用精加王刚性端模分别在空中和胎模上浇筑的,端模空间位置难于精确控制,实际不可能保证连槽浇筑的吻合效果。经多次拆装的刚性端模会产生变形和拼合误差,使现浇段拼接面上产生施工误差,如误差过大,几段YWL块体悬拼出去,大跨挑梁自由端就会形成较大的斜偏。故施工中必须严格控制现浇段端面尺寸和位置,反复调整校正。保证第一拼接面吻合,是保证整桶挑梁悬臂拼接质量的关键。工程名称悬拼块体就位合乎要求后,在拼接面下缘两侧跨缝绑焊75×8角钢,长250mm,用于固定块体位置,保证因分段悬拼而断开的下部非预应力钢筋纵在向连续传力。梁体两侧绑焊角钢时,要求对称施焊。第6节预应力钢丝制束和悬空穿束l04榀挑梁所用预应力钢丝束共440束,其中112束22Фs5,分为17种长度;328束18Фs5,分为51种长度;南北罩棚挑梁钢丝束最短为5.02m,东西罩棚挑梁钢丝束最长为28.24m。Фs5高强碳素钢丝应逐盘抽样试验,选取弹性模量值EQ相同的钢丝下料制束。钢丝下料后镦粗头,带镦头的钢丝穿入钢质镦头锚板中,用双锚板将钢丝梳直,并用铅丝绑扎。成束后的钢丝按挑梁号和钢丝分束号编号挂牌,以免错用。镦头锚板采用45号钢制作,硬度要求为HB257~291,Ф5.2孔眼偏移误差不大于0.2mm,抽样10%进行强度试验。为保证钢丝镦头齐整,减小长度误差,降低钢丝松弛应力损失,在锚板外缘加工螺纹,旋盖钢质内螺纹压板,将钢丝镦头压齐顶紧,加盖丝扣压板的镦头锚板,使用性能良好。挑梁尾部张拉端采用钢质锥形锚具,锚塞经热处理后,硬度要求为HRC55~58。块体悬臂拼接时的预应力钢丝空中穿束,采用钢丝束随块体起吊,悬空牵引,引束到位的方法。用穿束器(图6-19-