北京海淀展览馆项目位于北京市海淀区西北四环北侧, 结构整体呈矩形, 长202m, 宽78.5m。主体建筑地上1层, 局部2层, (1) ~ (15) 轴有单层地下室, 整体结构为大跨度预应力管桁架组成的排架体系 (见图1) 。

主桁架共计27榀, 单榀长78.5m, 高2.9m, 宽1.8m, 单重60t。主桁架截面呈菱形, 弦杆从上至下分为3层, 节点主要采用钢管相贯连接, 弦杆端部采用焊接球节点, 每榀主桁架从上弦球节点经桁架下弦拉设1根高强钢索 (见图2) 。

主桁架主要在结构 (16) ~ (27) 轴 (非地下室区域) 拼装, 采用2台起重机在结构外侧进行抬吊。结构 (1) ~ (15) 轴有单层地下室, 楼面不允许进行主桁架拼装和大型吊装作业, 需要搭设临时轨道, 并将主桁架牵引至就位位置下方, 然后进行抬吊作业。

主桁架采用立式正拼 (见图3) , 按照下弦杆→中弦杆→下弦和中弦腹杆→上弦杆→上弦腹杆的顺序依次拼装, 从中间向两端依次焊接全部杆件。

部分主桁架跨度及自重较大, 常规倒运十分困难。可在楼板上搭设滑移轨道, 将拼装完成的主桁架滑移到位。主桁架滑移工艺流程如下:地下室加固→枕木铺设→轨道测设及固定→滑车安装→卷扬机安装调试→滑移前全面检查→试滑行 (检查异常情况) →正式同步滑移→其他桁架滑移。

沿?, ?轴混凝土梁设2条加固通道, 通道上方依次铺设50mm厚细砂→横向枕木→铁轨, 并在铁轨上安装4轮滑车 (见图4) 。选用2台5t慢速卷扬机作为牵引设备, 卷扬机固定在反力架上, 通过钢绞线与滑车锚座连接, 卷扬机安装同步设备。

卷扬机应确保牵引过程缓慢匀速, 在滑移过程中应实时观测滑移的同步性和状态。在滑道上以10cm为单位做出测量刻度并编号, 以便监测滑移过程。滑移应缓慢启动, 滑移速度控制在8~12m/h, 保证滑移能随时制动。

主桁架自重60t, 使用2台150t履带式起重机抬吊 (见图5) , 根据规范要求, 起重机抬吊时按起重机性能的75%计算, 2台起重机合计起重量>66t, 满足吊装要求。

主桁架吊装前, 先将临时支架吊装就位。加固临时支架, 在桁架腹杆拉设缆风绳。松钩后, 使柱顶相贯口和支架顶托完全贴紧受力。提前对吊装引起的焊接球与相贯口错位偏差进行验算 (见表1) , 并提前预留控制量。

同时, 为减小主桁架就位后变形, 在桁架投影与楼面加固区域的重合位置设置1个临时支撑 (见图6) 。

主桁架安装过程中, 在吊装过程和就位后未安装次桁架2种工况下, 桁架受力状态与设计状态不同, 对这2种工况验算如下。

主桁架跨中最大位移为-34.7mm, 最大应力为-34.5MPa, 就位点的相对轴向位移约1.5mm。吊点周边局部受压承载力满足要求, 不会发生局部破坏 (见表2) 。

就位验算考虑临时支撑作用, 就位后主桁架跨中最大竖向变形为-63mm, 最大应力为46MPa, 最大单点支撑反力为61k N, 符合设计和规范要求。

预应力节点经方案对比, 两端采用球形冷铸锚头, 转换位置采用索托夹具将钢索固定在下弦杆两侧, 钢索直径65mm。

端头锚固节点处多根杆件交汇, 2根钢索穿过钢球进行锚固, 局部应力较大, 应对此节点进行有限元分析 (见图7) 。

分析可知, 最不利工况下, 斜腹杆局部位置有应力集中现象, 并进入塑性状态, 钢球内部应力在250MPa以内, 节点内部位移可忽略不计, 节点设计整体安全, 符合规范要求。

穿索完成后使用张拉液压千斤顶对索体进行张拉;液压千斤顶需有资质实验室进行标定, 确定液压值-拉力值线性关系, 张拉过程中通过控制张拉液压控制张拉荷载。

张拉前完成索体检查和穿索施工, 在张拉端安装张拉液压千斤顶, 调试张拉设备;分4级张拉, 每级张拉完成后, 停止张拉15min, 使结构应力分布均匀, 间隔期间对桁架、索体、拉结点进行检查巡视;全部张拉完成后固定张拉端锁头, 间隔24h后对索力进行测量复核, 索力24h变化值<0.5%, 则可拆除张拉装置;索力变化超限需进行补张拉, 直至满足设计要求。

根据仿真计算结果, 钢索张拉到设计值时, 对主桁架产生的跨中起拱作用为40mm, 约为桁架跨度的1/1 950。对第1榀桁架进行数据监测, 如表3所示。

对比分析, 结构变形对钢索张拉顺序不敏感, 钢索可以分2次完成张拉施工。

桁架拼装完毕后, 安装钢索并预紧至设计拉力值的10%。桁架安装完毕后, 第1次张拉至设计拉力值的75%, 相邻桁架第1次张拉完毕后, 进行本桁架第2次张拉至设计拉力值的105%。经多方复核, 以上方案满足设计要求, 施工过程安全适用, 便于提高施工效率。

大跨度管桁架施工受场地限制, 无法进行原位拼装, 采用轨道滑移方法, 既节约了拼装场地和机械成本, 在施工时又安全可靠, 便于操作。钢索安装时, 首先确定了钢索张拉过程对结构内力和变形影响的敏感性, 并进一步确定了钢索张拉方法和顺序, 经设计复核和现场监测, 上述钢索张拉方案符合设计和规范要求, 便于现场操作。