預應力鋼結構的施工控制設計
預應力鋼結構的施工狀態控制設計是指預先通過分析確定設計目標并制定張拉方案,張拉過程中對預應力鋼結構施工狀態進行實時識別,最終有目的地調整糾偏,從而使預應力鋼結構施工收到有效地控制。為了實現這個目標,可采用幾種施工計算方法,下面介紹三種方法:順序循環法、倒裝法和無應力法。
1、順序循環法。順序循環法分析步驟與實際預應力索施工步驟完全相同,通常在分析前根據工程具體情況先行確定若干各選方案,一般通過各個分組索2~3次循環疊代可逐步逼近設計索力,使結構最終成形。通過分析還可以準確獲得各個施工階段構件內力分布和結構幾何形態。根據循環張拉的拉力增量可將順序循環法細分為足量循環張拉法、等量遞增循環張拉法和變量遞增循環張拉法。足量循環張拉法是指每個循環中各組索的施工控制索力均為設計索力,由于后張索引入的預應力將在結構中重分布,必然導致先前張拉的索力發生變化,因此需要經過若干次循環張拉調整直至各組索內力均最終均達到設計要求的索力;等量遞增循環張拉法是指通過k次循環張拉,將各組預應力索的設計索力等分為k份,每次循環張拉的索力增量為P/k,直至最后各組索力均逼近設計索力后停止張拉循環;而變量遞增循環張拉法是根據工程實際情況每次預應力施工張拉控制的索力增量不同,最后統一逼近設計索力的循環張拉施工方法。
2、倒裝法。我們以斜拉張弦桁架組合結構為例來說明“倒裝法”原理。假如我們已經計算得到施工階段荷載控制值。即索力Fi和控制位移Ui(-1,…,n)。如果有n臺張拉設各,就可能同步比例張拉n根索,實現施工目標。但實際工程施工時,考慮到施工成本,不會采用同步張拉方案。現考察使用一臺設備張拉時索力和位移的變化情況。假定一臺設備張拉次序和索號相同,要求張拉完成后的索內力和控制點位移為已計算得到的施工階段荷載控制目標Fi(i=l,…,6)和Ui(i=1,…,6)。現假定按索號逐根張拉,張拉力就取Fi.1號索張拉后,當2號索張拉時,l號索索力就不再是Fi.繼續張拉3號索,1號索和2號索的索力又發生變化。后繼索張拉會改變已張拉索的索力,如此張拉無法達到施工階段荷載控制力和控制位移的目標。
3、無應力法。依據索工作狀態可以計算得索無應力長度。把按無應力長度制作的索全部安裝后,它的索力和位移在使用階段荷載下就是使用階段荷載的控制力和控制位移,在施工階段荷載下就是施工階段荷載的控制力和控制位移。因結構是彈性的,求解結果唯一,和索張拉次序無關。不難看出,按索無應力長度逐索安裝,剛安裝索的內力和相應控制點位移,就是“倒裝法”按同樣次序逐索張拉時該索控制內力和相應控制點位移。因此,無應力法和倒裝法從本質上講是同一過程的不同方式控制。無應力法逐一安裝索,是以索的無應力長度作為張拉控制量,此時索力就是倒裝法計算得到的控制張拉力。