正交单层索网索夹节点的应用与研究

2020-12-24王海兵黎冰蕊牛洁亮中建钢构有限公司广东深圳518040

建筑科技 2020年3期

董凯，王岩，王海兵，黎冰蕊，牛洁亮（中建钢构有限公司，广东深圳 518040）

苏州工业园区游泳馆屋盖为马鞍形外圈钢结构加索网结构。钢结构外圈包含 28 根环梁、56 根 V 柱，柱脚采用球铰支座；屋面为正交索网，包含 31 对承重索与 31 对稳定索，采用高钒密闭索，Φ 40 mm，索网通过索夹连接，索夹上中下三层通过一颗 8.8 级 M 30 高强螺栓连接，高强螺栓要求施加 100% 预应力。索夹三维效果图如图 1 所示。索夹节点是保证游泳馆结构安全的重要环节，除用于索网连接之外，通过索夹上设置檩托连接刚性金属屋面，索夹为受力关键节点。

图1 索夹三维效果图

1 索夹力学性能要求

索夹材质为 GS 20 Mn 5 V，屈服强度标准值 ≥385 MPa，远高于 CECS 235—2008《铸钢节点应用技术规程》及 DIN EN 10293—2005 《铸钢件材质标准》的要求，即使后期采取调质处理，也要有相应的化学成分作保证，C、Mn 等元素要达到中上限，并需加入 Cr 和 Ni 等合金元素，还要严格控制 P、S 的含量，合理调配 Si 的含量，提高钢水的纯净度，才能保证铸钢件的力学性能。碳当量控制在≤0.48%，其与 Q 390 C 钢板的碳当量相匹配。铸钢件的化学成分及力学性能见表 1、表 2。与钢索接触的索夹索槽表面喷涂 1 mm 厚的锌涂层，以增加钢索的摩擦因数，索槽采用机加工。

表1 铸钢件化学成分

表2 铸钢件力学性能

2 索夹高强螺栓预应力松弛

高强螺栓预应力松弛试验包括两部分：高强螺栓自身的应力松弛试验；高强螺栓、索夹和索体组装件的应力松弛试验。

2.1 高强螺栓自身预应力松弛

高强螺栓自身预应力松弛试验是对试件施加试验力，保持初始应变，变形或位移恒定，而测定其应力随时间的变化关系。对 3 根 8.8 级 M 30 高强螺栓试件进行应力松弛试验，试验结果见表 3。

表3 3 根高强螺栓应力松弛试验

3 根高强螺栓张拉拧紧后的第 3 d，应力损失基本稳定，应力松弛系数分别为 0.012、0.018、0.015，平均值为 0.015；高强螺栓张拉拧紧后的 8 h，应力损失值占 3 d 损失值的 80%；1 d 时，损失值占 3 d 损失值的 89%；2 d 时，损失值占 3 d 损失值的 94%。

2.2 索体变化引起的预应力松弛

高强螺栓、索夹和索体组装件，在高强螺栓最终拧锚固后，不仅会出现螺栓自身应力松弛，还会出现由于张拉拉索使索体直径减小引起的应力松弛。

张拉拉索使索体直径收缩，高强螺栓拉力损失明显，应力松弛系数为 0.131；拉索张拉完成后，高强螺栓应力松弛速度减缓，再静置 19 h 后应力基本不变，此时应力松弛系数为 0.181。试验结果见表 4。

表4 索体变化应力松弛

3 索夹抗滑移

索体在张拉过程中，索径索长都会发生变化，从而影响索夹高强螺栓的预应力，而高强螺栓本身也存在着复杂的应力松弛现象，这些都会对索夹的抗滑能力产生不可预料的影响。因此索体在双向张拉的情况下，抗滑移承载力的大小需要通过试验进行研究。

为保证每次试验索体表面的完整，将试验分为 3 个试件组。每个试件组中的索夹和高强螺栓均不同，而且索夹夹持的索体位置也不同。每个试件组包含两个工况：承重索方向顶推和稳定索方向顶推。

索夹抗滑承载力试验中，3 个试件组，每个试件组有 2 个加载工况，共 6 个工况，其中抗滑移承载力最小值为 92.1 kN，大于设计值，满足使用要求。试验结果见表 5。

表5 索夹抗滑承载力试验的综合摩擦系数

4 索夹安装方法

为弥补高强螺栓的应力损失，根据试验结果对高强螺栓进行超张拉。具体操作为：① 当索夹的底层和中层夹紧承重索时，中间螺母预紧力超张拉至 110%，即 308 kN；② 当安装稳定索后，顶部螺母预紧力超张拉至 120%，即 336 kN；③ 待 1 d 后，对索夹顶部螺母再次超张拉至 120%，即 336 kN。索夹安装流程见图 1。