预应力索结构施工工艺及索力测定的研究

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1、预应力索结构施工工艺及索力测定的研究姚裕昌孙坚张桂先（深圳市三鑫特种玻璃技术股份有限公司，深圳518054）提要：预应力索结构是一种轻质、高强的现代结构，但它的施工工艺也比较复杂，要求比较严格。本文从索力测量的特殊性和索力测定仪的研究开发着手，对这种结构的施工工艺提出了建议和行之有效的一套做法，可供同行参考。关键词：预应力索结构索力测定引言预应力索结构是一种轻巧、高强、高效和高技术含量的现代结构，它是点支式玻璃幕墙、玻璃采光顶和张拉膜蓬盖等轻型外围护建筑的理想支撑结构体系。它的外形轻巧，布置灵活，受力合理；它巧妙地将结构的力学美和建筑形体的艺术美有机地融合在一起，具有强烈的时

2、代气息，深得国内外建筑师和广大人民群众的喜爱。伴随着点支式玻璃幕墙、玻璃采光顶和张拉膜蓬盖等建筑的发展，预应力索结构也获得了快速的发展。但这种结构的设计施工难度大，特别是施工过程中对结构的形态控制是一个难点。预应力索结构在施工安装时必须施加预应力才能成形。结构尚未承受荷载时既要保证结构的几何形状符合设计要求，又要使索中预应力值也符合设计要求，这是有一定难度的。根据点支式玻璃幕墙和采光顶中索结构的工程实践，当前预应力索结构施工中存在两种误区。一种是只注意了结构几何形状的初步控制，勉强将预应力索安装上，将索结构的外形尺寸基本调整到位，就算完成任务，而未对索力进行有效控制，给工程质

3、量留下了隐患。另一种误区是忽视了索结构及其张拉工艺的特殊性，将预应力索与钢筋混凝土结构中的预应力筋一样看待，把钢筋混凝土结构中与张拉方法、锚固方法、工作条件等情况相对应的各种预应力张拉损失照搬到索结构的设计、施工中来，弄得过于复杂，使设计施工人员感到困惑，难于操作，有碍预应力索结构技术的推广。本文从预应力索结构的基本原理出发，另辟蹊径从钢拉索索力测定仪的研究开发着手，并结合索端构造和张拉方面等特点提出了反复张拉、逐步到位的预应力施工工艺，从而使预应力索结构的施工控制变得十分方便，容易操作，容易监理，也更方便使用单位的管理和维护，有利于预应力索结构技术的推广。一、预应力索结构施

4、工工艺分析及建议实践表明，只要各个环节的施工误差都能控制在设计和有关规范的要求之内，那么索结构的基本外形尺寸是容易控制的。形态控制的难点是在于如何协调各个施工环节中不可避免的误差和索端支点在预张拉过程中产生的弹性变形和相互影响。如何通过预应力的调控，对结构形状进行微调，这个微调的过程是十分复杂的，相互影响错综复杂，牵一发而动全身。要在施工前先把各种因素对索力产生的影响都计算清楚后再动手施工既难做到也无必要。施工工艺试验和工程实践表明，索结构的张拉控制应以形状控制为主、应力控制为辅，因为结构形状不到位对下道工序的施工影响太大，而索力的误差只要控制在结构安全度的范围之内就可以了。

5、但这个安全度控制在设计允许的范围之内，施工人员一定要心中有数，与设计人员密切配合，把安全度控制在设计允许的范围之内，索内预拉力既不能太高，也不能太小。进一步分析表明，预应力索结构的索是暴露在外的，看得见摸得着，最简单的办法是用手推拉一下，就能感觉到索中拉力的大小，仅仅是难于定量而已。如果开发出一种测力仪能直接测出索中的预拉力，而且使用起来也十分方便，那么索拉力的控制问题就可迎刃而解，预应力张拉时的所谓各种“损失”也就不存在，设计施工时也就不必考虑什么“张拉控制应力”和“有效预应力”等复杂的概念，凡是用索力测定仪测到的索拉力，都是实在的、有效的索拉力。还应该注意到，预应力索结构

6、中索的端头锚固处一般均设置了索长的调节螺栓，如图1所示。图1用拧紧螺栓的办法就可以对索的长短及预应力进行调节，不仅施工阶段可以调节，使用阶段也可以调节。索端螺栓的调节量一般为30～40mm，可根据需要尚可适当放大或缩小，因此，预应力施工控制时不必预留什么锚具损失、摩擦损失、索端支点弹性变形损失，不同索张拉时的相互影响损失等难于计算和难于定量的损失。建议用反复张拉、逐步到位的施工工艺。张拉调试完成后用索力测定仪测到的索力就是实际建立的有效索力。尚应指出索中的预拉力一般都控制在破断拉力的15％以内，风荷作用下的最大拉力，一般也控制在索破断拉力的35％左右，而且最大拉力作用的时间是

7、短暂的，所以索的应力松弛问题也可不必考虑。工程实践表明，用索力测定仪指导索结构形状的微调，经过3～4次反复就可满足设计要求的形状和预应力控制值。但考虑到索结构本身和相互影响的复杂性，结构受荷后其连接点、螺纹、夹紧点等会有某种松弛，主体结构也会有某种松弛变形，而索结构一般都是依附在主体结构上的，主体结构承受荷载后的变形也会影响索中内力的某种调整，所以预应力索结构建成半年至一年后应对索力进行一次全面检查和调整，以确保索结构的正常工作是必要的。建议工程业主在使用过程中每隔一定时间也应对索力进行必要的抽查和维护