预应力弦支结构的张拉应力分析及过程监测

2011-06-13尹琦

山西建筑 2011年34期

尹琦

1 工程概况

太原煤炭交易中心——展览中心位于太原市长风西大街与滨河西路的交叉口，是2011年在山西省太原市中部六省博览会的主会场，建筑面积约56000 m2，整个建筑为直径250 m的圆形，周边屋面结构形式为管桁架体系，在建筑中心区域为直径约26 m的圆形空间，原设计为开敞式，但是业主要求中心区不但要有较好的采光并且要求建筑能够封闭，所以设计考虑采用预应力弦支结构形式。作者参与了本工程的设计及施工过程。

预应力弦支结构是一种新型预张力结构，近些年，我国陆续有此种结构实现。在山西省民用钢结构中还是首次采用。中央区域采光顶为主索与玻璃屋面次索组合而成的弦支屋顶结构，直径36 m，矢高1.6 m，屋顶标高为26 m。在弦支屋面主索与次拉索;屋面材料采用玻璃。

结构布置见图1。

图1 索剖面图

表1 张拉各阶段撑杆和主索应力值比较分析

2 施工过程模拟计算分析

1)施工张拉过程及次序。

张拉索屋面分5级张拉。因为冬季施工的原因，张拉应力放大为设计应力的1.1倍。5级张拉为:初紧→0.5→0.7→0.9→1.1;张拉行程分别为10 cm→6 cm→2 cm→0。每级张拉完成后部分监测数据见表1，表2。因为张拉位置在26 m高的屋面，并且周边结构屋面施工安装正在进行，所以各个索的张拉不能够同时进行。为了解决这个矛盾，现场采取了分批张拉的办法。⑨轴处外斜索为第1组，10号处外斜索为第2组，共分为8组。单双数轴线张拉交替进行。

2)计算分析模型及模拟办法。

因为张拉过程是一个动力学和静力学结合的问题，所以软件模拟时考虑建立了结构的非线性动力有限元模型，将静力学模型转化为动力学模型，简化了计算，通过更新杆件位置形态的办法，最后又将动力形态转化为静力形态，并基于ANSYS计算平台计算，5个工况的部分模拟值见表1，表2。

表2 张拉各阶段次索应力值

3 结构施工监测仪器及测点布置

1)撑杆应力监测点选择屋面结构顶间隔90°布置的4，8，12，16四个轴线，应力监测点布置在四个轴线的撑杆下端及杆件左右两侧。为了使仪器与待测结构的温度膨胀系数接近，特采用了振弦应变计。

2)主结构索力监测的选择点也和撑杆应力监测点相同(4，8，12，16四个轴线)。主结构索的应力测量采用了索力动测仪。

3)次拉索的索力监测，选这两个对称的单元。次拉索的应力监测采用弓式测力计。

4)结构位移的监测主要是测量各个轴线位置撑杆的竖向监测。结构位移监测采用高精度精密全站仪。

4 张拉过程监测值与数值模拟结果比较分析

1)表1中显示的数据为撑杆和主结构的实测、模拟两种数据的比较及误差统计;表2显示的数据为次索的实测、模拟两种数据的比较及误差统计。

2)分析数据可以看出，在张拉过程中，索力的实测值和模拟值误差是较大的，而张拉成型之后，索力和计算模拟值误差较小。究其原因，是因为索撑杆在成型前后内力比值较小;长度变化也较小(在几个毫米之内);施工安装也有一定误差，所以影响了数据。但是同类型的索力还是十分均匀的，无论是张拉过程中还是张拉成型后，索力监测值与模拟值相比的误差都是很接近的，张拉成型后，预应力达到最大值。

3)由表2看出，次结构玻璃幕墙的索力和软件模拟差距还是较大的，需要通过索身上的套筒进行调整。

4)图2中显示各个撑杆位移在张拉各阶段的变化量基本相同，内外撑杆在成型后的标高十分接近，成品的外观效果很好。