4．鋼索的選型與索桁架預(yù)應(yīng)力的形成
鋼索的設(shè)計(jì)要符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑用
不銹鋼絞線》JG/
T200-2007,《建筑幕墻用鋼索壓管接頭》JG/
T200-2007。
4.1 鋼索預(yù)張拉處理
在鋼索選型、制作與加工過(guò)程中在確保隱式單索體系鋼索受力性能的基礎(chǔ)上還要考慮其
防腐因素,所以在制作過(guò)程中要有嚴(yán)格的加工工藝控制。玻璃幕墻用鋼索由于性能及防腐的要求通常選用1×19或1×37T的奧氏體或奧氏體加
鐵素體不銹鋼鉸線,其
彈性模量E=1.2~1.7× 1O~sN/mm2。它受力均勻,能充分發(fā)揮經(jīng)多次冷拉
硬化的高強(qiáng)不銹鋼鋼絲材料的
抗拉強(qiáng)度。若使用高強(qiáng)度
鋁包鋼鉸線,以有效的減少鋼鉸線的外徑以更好的適應(yīng)隱索構(gòu)造的空間要求。
預(yù)應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)玻璃幕墻使用的鋼索在施加預(yù)拉力之后成為獨(dú)立工作的體系,工作狀態(tài)是處于持續(xù)永久受力狀態(tài)。為保證鋼索穩(wěn)定工作性能,對(duì)每條鋼索在使用前都必須進(jìn)行預(yù)張拉處理。目的是消除索內(nèi)非
彈性變形因素,使其在工作狀態(tài)中應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系,在彈性變形狀態(tài)下工作。如圖4,1所示,預(yù)張拉的拉力取用鋼索破斷力的50%,經(jīng)3次反復(fù)張拉歷時(shí)1.5小時(shí)。對(duì)于面積為A、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的松馳新索,在拉力N作用下伸長(zhǎng)ΔL,如果定義應(yīng)力為σ=N/A,應(yīng)變?chǔ)?ΔI/L,則應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為:
第一特征段,隨著應(yīng)力不大的增加中,應(yīng)變迅速增加,其中大部分是永久應(yīng)變。在第二階段,應(yīng)力應(yīng)變變化相對(duì)均勻,這一分階段的σ及ε近似認(rèn)為是常數(shù),永久應(yīng)變?chǔ)臥變化不大。第三階段是永久應(yīng)變的迅速增加的特征的,應(yīng)力緩慢增加至索的破壞強(qiáng)度。實(shí)際縈彈性模量被定義為第二階段曲線切線模量的平均值。
索的反復(fù)加載效應(yīng)是指張緊索和部分張緊索。將松弛新索均勻張拉至選定的拉力后,再均勻卸載,這時(shí)索體存在的殘余永久變形。在以后2~n次加卸載后,每次殘余永久變形為εP2....εPn。隨著加卸載次數(shù)的增加,σ ˉε曲線將趨于直線。索的殘余永久應(yīng)變?yōu)棣臥=ΣPi,如果一根索在反復(fù)加卸載若干次后已消除了大部分殘余應(yīng)變,再次加載并卸載后只有較小的殘余應(yīng)變。當(dāng)εP<0.1×10三次方,這樣的索可稱為張緊索。張緊索在一定的加載范圍內(nèi)可視為線彈性的,其彈性模量一般比松弛新索高20%～～30%,實(shí)驗(yàn)表明,一般松弛新索經(jīng)10次循環(huán)加卸載后就可消除大部分殘余應(yīng)變。
如果一根索在反復(fù)加卸載若干次后只能消除部分殘余應(yīng)變,這樣的索稱為部分張緊索。當(dāng)索被用于工程結(jié)構(gòu)后,未消除的殘余應(yīng)變將會(huì)因材料蠕變效應(yīng)慢慢得到消除,但這將使索產(chǎn)生松弛。
鋼索在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的預(yù)張拉工藝目前大致有兩種方法:
工藝1:在索的最大破斷力40%～～60%間反復(fù)張拉5次,然后持續(xù)10分鐘;
工藝2:在索的最大破斷力的50%～～55%,持續(xù)張拉1~2小時(shí);美國(guó)資料:鋼絲繩取55%,
鋼絞線取50%,維持0.5～2小時(shí);前蘇聯(lián)取最大破斷力的65%,歷時(shí)0,5小時(shí)。
4.2 不銹鋼絞線強(qiáng)度設(shè)計(jì)值
不銹鋼絞線最小破斷拉力的計(jì)算方法按《建筑用不銹鋼絞線》JG/
T201-2007計(jì)算最小破斷拉力,公式如下:
(當(dāng)需方要求時(shí)可采用整繩破斷拉力試驗(yàn)方法。)
不銹鋼絞線強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=不銹鋼絞線最小破斷拉力(Fm) ×
軋制系數(shù)(0,9)/安全系(Κ )。鋼索強(qiáng)度設(shè)計(jì)值需考慮材料安全度,在破斷應(yīng)力的基礎(chǔ)上除以材料安全系數(shù)K=1.8。
不銹鋼絲強(qiáng)度要求,高強(qiáng)度級(jí)≥1512 Mpa,中強(qiáng)度級(jí)≥1163 Mpa,根據(jù)供需雙方協(xié)議,也可采用其他強(qiáng)度級(jí)別的不銹鋼絲。
4.3 鋼索的下料
鋼索的下料長(zhǎng)度是否精確對(duì)索桁架的施工安裝和預(yù)應(yīng)力形成有很大的影響,經(jīng)實(shí)踐證明采用
拉應(yīng)力狀態(tài)下料對(duì)保證下料尺寸
精度有很大的幫助,也就在下料前對(duì)鋼索施加一定的軸向拉應(yīng)力使鋼索拉直后進(jìn)行
切割,下料時(shí)必須注意經(jīng)預(yù)張拉處理后的索才可以按圖紙尺寸要求長(zhǎng)度下料,同時(shí)注意在同一工程使用的同一直徑索在進(jìn)行拉應(yīng)力狀態(tài)下料時(shí),拉力應(yīng)保持一致。
任何材料在長(zhǎng)期
荷載效應(yīng)作用下都會(huì)產(chǎn)生蠕變,索也不例外,雖然關(guān)于索的蠕變研究已進(jìn)行了很長(zhǎng)的時(shí)間,但至今仍很難確定索蠕變的程度,如果
線材是以正規(guī)規(guī)范的方法絞合并具有合適的絞合長(zhǎng)度,而索是施加過(guò)預(yù)應(yīng)力的張緊索,考慮到鋼絲同時(shí)處于冷拉狀態(tài)。因此工程設(shè)計(jì)中可以忽略索正常工作壽命內(nèi)的蠕變效應(yīng)。
所有類型的索都有其疲勞壽命,超過(guò)疲勞壽命后索內(nèi)線材將全開始疲勞
斷裂,疲勞壽命取決于索內(nèi)的應(yīng)力幅值和工作條件。對(duì)繞軸卷動(dòng)彎曲的索,其疲勞是由
拉伸應(yīng)力和
彎曲應(yīng)力組合作用引起的。而工程結(jié)構(gòu)中的索,主要承受拉應(yīng)力,只有脈動(dòng)風(fēng)效應(yīng)會(huì)使索中產(chǎn)生幅度應(yīng)力。
按《建筑幕墻用鋼索壓管接頭》JG/
T201-2007的要求,接頭應(yīng)在承受不少于7.5萬(wàn)次鋼索最小破斷拉力的15%～～30%的脈動(dòng)沖擊荷載后,仍滿足最小破壞拉力大于鋼索最小破斷拉力的90%的要求。
4.4 索結(jié)構(gòu)施工前的試驗(yàn)與檢測(cè)
索結(jié)構(gòu)
玻璃幕墻的性能指標(biāo)是由結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料性能和安裝精度等多方面因素所決定的,所以在施工前應(yīng)按實(shí)際使用的材料及安裝方案進(jìn)行各項(xiàng)性能的檢測(cè),確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
對(duì)索結(jié)構(gòu)需進(jìn)行以下檢測(cè)與試驗(yàn):
(1)鋼索結(jié)構(gòu)承載靜力試驗(yàn)(按加載按設(shè)計(jì)值的1.5倍取值);
(2)鋼索破斷力試驗(yàn);
(3)索套管接頭壓制后進(jìn)行破斷力試驗(yàn);
(4)結(jié)構(gòu)與玻璃連接機(jī)構(gòu)的承載力試驗(yàn);
(5)材料的化學(xué)分析、物理性能試驗(yàn)。
4.5 施加預(yù)應(yīng)力
為確保幕墻的性能,鋼索的預(yù)應(yīng)力值應(yīng)準(zhǔn)確,預(yù)應(yīng)力越大施工中預(yù)應(yīng)力施加的難度就.越大,因此在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮到施工順序和預(yù)應(yīng)力施加方案。嚴(yán)格按規(guī)定的步驟進(jìn)行施工,防止出現(xiàn)由于施加預(yù)應(yīng)力強(qiáng)起的支承結(jié)構(gòu)嚴(yán)重超載的現(xiàn)象,張拉步驟:
(1)在進(jìn)行索預(yù)應(yīng)力張拉前先將堅(jiān)向索布設(shè)到位,采用專用工裝將索拉直,并使用有拉力
傳感器的液壓千斤頂?shù)仍O(shè)各按最終預(yù)應(yīng)力值的30%進(jìn)行第一級(jí)張拉。順序是從中部向兩端逐條對(duì)稱張拉。此后對(duì)索的分布尺寸進(jìn)行一次復(fù)合測(cè)量,工程中常采用
張力測(cè)量?jī)x測(cè)量。將中部鎖緊機(jī)構(gòu)按尺寸安裝到位,要求只進(jìn)行初始連接不鎖緊。
(2)經(jīng)調(diào)整達(dá)到索內(nèi)力基本平衡,中部節(jié)`點(diǎn)空間定位尺寸基本到位后按最終預(yù)應(yīng)力值的20%進(jìn)行第二級(jí)張拉。順序與第一次張拉一致。張拉全部到位后按各節(jié)點(diǎn)總定位尺寸,將索的鎖緊機(jī)構(gòu)和玻璃連接機(jī)構(gòu)調(diào)整到位,并進(jìn)行初期鎖緊和初期固定。保持24小時(shí)后檢查各邊部節(jié)點(diǎn)和中部節(jié)點(diǎn)以及邊緣支承結(jié)構(gòu)．
(3)當(dāng)確定各節(jié)點(diǎn)和邊部支承結(jié)構(gòu)無(wú)異常情 張拉力況后,按最終預(yù)應(yīng)力值進(jìn)行第三級(jí)張拉之后進(jìn)行100%尺寸精度測(cè)量調(diào)整,鎖緊各節(jié)點(diǎn)的連接機(jī)構(gòu)。待76小時(shí)后再進(jìn)行一次尺寸復(fù)合采用高精度的索內(nèi)力測(cè)定儀對(duì)索內(nèi)應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè),確認(rèn)內(nèi)力均衡后 30%方可進(jìn)行下一道安裝工序。(見圖4.4)
<
在施加預(yù)應(yīng)力過(guò)程中必須注意以下幾個(gè)方面:
(1)施工時(shí)預(yù)應(yīng)力的確定要按施工過(guò)程中的氣溫變化調(diào)整預(yù)應(yīng)力,設(shè)計(jì)人員要給施工人員提供合攏溫度與預(yù)應(yīng)力值對(duì)照表確保索內(nèi)應(yīng)力在溫度變化過(guò)程中的均衡狀態(tài)和安全性。
(2)在節(jié)點(diǎn)定位時(shí)應(yīng)考慮到鋼索的長(zhǎng)度是隨著拉應(yīng)力的增力面伸長(zhǎng),不論是在一端施加預(yù)應(yīng)力還是在兩端同時(shí)施加預(yù)應(yīng)力都要按索的彈性模量E和索的
金屬有效面積A計(jì)算出伸長(zhǎng)量來(lái)保證節(jié)點(diǎn)定位的準(zhǔn)確度,減少調(diào)整量。
(3)張拉
設(shè)備的拉力傳感器和索內(nèi)應(yīng)力測(cè)定儀在使用前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定,保證測(cè)出應(yīng)力指標(biāo)的
可靠性。
(4)在施加預(yù)應(yīng)力的過(guò)程中要同時(shí)觀查邊部支承結(jié)構(gòu)的變形情況和穩(wěn)定性,看是否符合設(shè)計(jì)要求,發(fā)現(xiàn)異常情況要及時(shí)處理。
(5)索桁架加工的誤差應(yīng)符合(表4.4)要求:
5．結(jié)束語(yǔ)
鋼索結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)支式玻璃幕墻,在近年來(lái)愈來(lái)愈多的使用在現(xiàn)代建筑中,從雙層索系到單層索網(wǎng)、從平面到曲面玻璃幕墻。使得原本規(guī)矩、粗笨的結(jié)構(gòu)也活躍起來(lái),全透明的玻璃支撐在索結(jié)構(gòu)上,道道纖細(xì)的鋼索發(fā)散在空中,精美、華麗的連接件點(diǎn)綴其間,給人留下深刻印象,也極大的滿足了建筑師對(duì)
建筑立面通透性的追求。與其它柔性結(jié)構(gòu)相比,它顯得更加簡(jiǎn)潔、純凈。
參考文獻(xiàn)
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