环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法.pdf

环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法旨在针对环形封闭钢管内拉索提供一套合理可行的、经济而施工简便的预应力施工方法。采用钢绞线组装索，在环形封闭钢管内设置单向分丝转向器和双向交叉分丝转向器，且转向器导向孔道、端部锚板孔按照一致的矩形或者近似矩形的方式排列。钢绞线逐根穿入时将钢绞线、转向器导向孔道和端部锚板孔一一对应，从而保证同束组装索的钢绞线相互平行，形成平行钢绞线组装索。拉索端部锚固采用单孔锚具，对同束组装索的钢绞线采用小型千斤顶进行逐根张拉。在锚具外设置防松压板和防护罩，防止低应力状态下夹片松脱，保护拉索端部。

1.  一种环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1：制作分丝转向器，焊接固定于环形钢管内壁；环形钢管分段制作，在分丝转向器附近留设穿索操作孔；拼装分段制作的环形钢管，形成内设分丝转向器的环形封闭钢管，
步骤2：钢绞线组装索的下料和编束，
步骤3：将同束组装索的钢绞线逐根穿入、安装锚具和预紧，
步骤4：当穿索完毕后，在预应力张拉前将穿索操作孔封闭补焊，
步骤5：同一环形封闭钢管内的各束组装索同步张拉，同束组装索的钢绞线逐根张拉和锚固，
步骤6：预应力张拉完毕后，切割外露多余的钢绞线，安装防松压板和防护罩，并向防护罩内注入防腐油脂。

2.  根据权利要求1所述的环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法，其特征在于所述的分丝转向器由外套管、分丝板、导向管、填充材料构成；在两束组装索的交叉点设置的是双向交叉分丝转向器，其它设置的是单向分丝转向器；在双向交叉分丝转向器上与两束组装索分别对应的导向孔道交替分层布置；分丝转向器的导向孔道和索端锚板孔均按照矩形或者近似矩形排列，两者排列方式基本一致。

3.  根据权利要求1所述的环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法，其特征在于所述的环形钢管分段制作时，为便于后续穿索，在分丝转向器的附近，在钢管上开设穿索操作孔。

4.  根据权利要求1所述的环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法，其特征在于所述的钢绞线组装索，由离散的多根钢绞线构成，钢绞线采用普通钢绞线或者无粘结钢绞线。

5.  根据权利要求1所述的环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法，其特征在于将同束组装索的钢绞线逐根穿入、安装锚具和预紧的方法为：按照从顶层到底层、从内侧列向外侧列的顺序逐根穿入钢绞线；逐根穿钢绞线时钢绞线和分丝转向器导向孔道、索端锚板孔一一对应，从而保证同束组装索的钢绞线相互平行，形成平行钢绞线组装索；当钢绞线前端到达分丝转向器位置时，通过穿索操作孔采用人工辅助将钢绞线前端导入对应的导向孔道；当一根钢绞线穿入完毕后随即安装端部锚具，予以预紧，然后再进行下一根钢绞线的穿入；在拉索张拉端采用单孔夹片锚，在拉索固定端采用单孔夹片锚或者挤压锚。

6.  根据权利要求1所述的环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法，其特征在于所述同束组装索的钢绞线逐根张拉和锚固方法为：采用小型千斤顶对同束组装索的钢绞线按照从内侧列向外侧列、同列对称的顺序逐根张拉；对单根钢绞线，根据预应力损失相应选择一端张拉，或者两端同步张拉，或者一端张拉、另一端补足的张拉方法；单根钢绞线张拉后立即锚固。

7.  根据权利要求1所述的环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法，其特征在于所述的防松压板和防护罩对应索端的锚板孔和钢绞线的排列方式，防松压板和防护罩的外形为矩形或者近似矩形。

环形封闭钢管内平行钢绞线组装索的预应力施工方法
技术领域
本发明公开了一种用于土木工程中对环形封闭钢管内设置拉索的预应力钢结构进行预应力施工的方法，属于土木工程的预应力技术领域。
背景技术
预应力技术已广泛应用于土木工程中，通过在结构中布设预应力材料并进行张拉从而在结构中建立所需的预应力。在大型体育建筑、公共建筑和工业建筑中，如体育场馆、会展中心和储煤棚等，经常采用球面大跨空间钢结构屋盖，如圆球面、椭圆球面等。这类结构，特别是矢跨比较低时，在竖向荷载作用下会产生较大的支座水平反力。可在支座环梁或者支座环向桁架的环形封闭钢管内布设预应力拉索，通过直接张拉拉索，而产生指向结构中心的环箍等效荷载，从而减少支座水平反力、控制结构变形、节约支座环梁或支座环向桁架以及屋盖下部结构的材料。
常规预应力混凝土结构和预应力钢结构的拉索类型主要包括成品索和组装索两大类。成品索的索体和索头在工厂内制作后形成整体，运至现场安装；而组装索的索体和索头一般都在施工现场进行下料、编束和组装。成品索具有定长、调节量小、整体性和防腐性能好、索头尺寸大、费用高的特点。在环形连续封闭钢管内布设拉索，由于成品索的整体性，需要整体穿索和整体张拉，而且索头尺寸大，需要较大的钢管内径和张拉端部空间，索头较难穿越钢管节点区域内部台阶，因此，成品索难以适用，需要采用组装索。
在大跨空间钢结构中的构件内布设组装索，已有类似工程。在空间管桁架的上弦或者下弦钢管内布设组装索，但其上弦或者下弦的钢管不是环形封闭的，预应力施工较为容易，一般预应力施工方法为：采用无粘结钢绞线组装索和防松多孔夹片锚、逐根或整束穿索、整束张拉。但在环形封闭钢管内布设预应力拉索，存在预应力材料选择、穿索和张拉的一系列问题。
1)预应力材料
由于布设拉索的钢管内部是封闭的，这对拉索防腐是非常有利的，因此预应力材料可选用普通钢绞线或者无粘结钢绞线。
2)拉索交叉
由于布设拉索的钢管是环形封闭的，钢管内空间有限，拉索的张拉端需要设置在钢管外。管内拉索必须在索端两两交叉锚固，形成封闭、连续的预应力拉索。在交叉点处，两束组装索相互交叉，挤占钢管内空间，给穿索造成困难。
3)拉索张拉端部空间较小
由于拉索锚固端部设置在拉索交叉点附近的钢管外侧，受交叉点拉索线形和钢管构造的约束，拉索锚固端部空间较小，难以满足大型张拉千斤顶及其工装的操作空间需求，因此难以实现组装索的整束张拉，须逐根张拉。
4)同束组装索中的钢绞线应相互平行
一般情况下，无论是逐根还是整束穿索，都会导致钢绞线间相互缠绕，此时必须进行整束张拉，而不能逐根张拉。而要逐根张拉，则必须保证同束组装索的各根钢绞线不相互缠绕，在钢管内转向节点和锚固端处应相互平行，形成平行钢绞线组装索。
5)拉索锚具及张拉端部构造
拉索锚具及张拉端部构造应满足钢绞线预应力材料、低应力防松、逐根张拉、索端锚板处的钢绞线排列方式应与钢管转向节点处一致等要求。
发明内容
技术问题：本发明的目的是针对土木工程中布设在环形封闭钢管内的预应力拉索，提供一种采用钢绞线组装索并可逐根张拉的预应力施工方法，实现在环形封闭钢管内的同束钢绞线相互平行，可采用小型千斤顶对钢绞线逐根张拉。
技术方案：本发明采用以下技术方案：
步骤1：制作分丝转向器，焊接固定于环形钢管内壁；环形钢管分段制作，在分丝转向器附近留设穿索操作孔；拼装分段制作的环形钢管，形成内设分丝转向器的环形封闭钢管，
步骤2：钢绞线组装索的下料和编束，
步骤3：将同束组装索的钢绞线逐根穿入、安装锚具和预紧，
步骤4：当穿索完毕后，在预应力张拉前将穿索操作孔封闭补焊，
步骤5：同一环形封闭钢管内的各束组装索同步张拉，同束组装索的钢绞线逐根张拉和锚固，
步骤6：预应力张拉完毕后，切割外露多余的钢绞线，安装防松压板和防护罩，并向防护罩内注入防腐油脂。
所述的分丝转向器由外套管、分丝板、导向管、填充材料构成；在两束组装索的交叉点设置的是双向交叉分丝转向器，其它设置的是单向分丝转向器；在双向交叉分丝转向器上与两束组装索分别对应的导向孔道交替分层布置；分丝转向器的导向孔道和索端锚板孔均按照矩形或者近似矩形排列，两者排列方式基本一致。
所述的环形钢管分段制作时，为便于后续穿索，在分丝转向器的附近，在钢管上开设穿索操作孔。
所述的钢绞线组装索，由离散的多根钢绞线构成，钢绞线采用普通钢绞线或者无粘结钢绞线。
将同束组装索的钢绞线逐根穿入、安装锚具和预紧的方法为：按照从顶层到底层、从内侧列向外侧列的顺序逐根穿入钢绞线；逐根穿钢绞线时钢绞线和分丝转向器导向孔道、索端锚板孔一一对应，从而保证同束组装索的钢绞线相互平行，形成平行钢绞线组装索；当钢绞线前端到达分丝转向器位置时，通过穿索操作孔采用人工辅助将钢绞线前端导入对应的导向孔道；当一根钢绞线穿入完毕后随即安装端部锚具，予以预紧，然后再进行下一根钢绞线的穿入；在拉索张拉端采用单孔夹片锚，在拉索固定端采用单孔夹片锚或者挤压锚。
所述同束组装索的钢绞线逐根张拉和锚固方法为：采用小型千斤顶对同束组装索的钢绞线按照从内侧列向外侧列、同列对称的顺序逐根张拉；对单根钢绞线，根据预应力损失相应选择一端张拉，或者两端同步张拉，或者一端张拉、另一端补足的张拉方法；单根钢绞线张拉后立即锚固。
所述的防松压板和防护罩对应索端的锚板孔和钢绞线的排列方式，防松压板和防护罩的外形为矩形或者近似矩形。
有益效果：本发明提供的预应力施工方法，包括拉索材料和锚具、转向节点和锚固端节点的构造、穿索和张拉的施工工艺等，很好解决了环形封闭钢管内拉索的预应力施工难题，形成了平行钢绞线组装索，实现了对组装索的各根钢绞线逐根张拉，减小了张拉工装和千斤顶及其操作空间，减小了组装索的锚固空间，具有良好的经济性和施工简便性。
采用钢绞线组装索，材料经济，可逐根穿入钢绞线，方便穿索，索长控制要求低，预应力损失小。通过设置分丝转向器，保证在分丝转向器和锚固端锚板处同束组装索的钢绞线相互平行，形成平行钢绞线组装索，从而可逐根张拉钢绞线，减小张拉工装和千斤顶及其操作空间，便于张拉施工。在两束组装索的交叉点处设置双向交叉分丝转向器，使交叉的两束组装索相互不缠绕。采用单孔夹片锚或者挤压锚，使组装索的锚板孔能与转向器导向孔道对应，按照矩形或者近似矩形布置，减小组装索的锚固空间。
附图说明
图1是环形封闭钢管图。
图2是设置单向分丝转向器的环管节点图。
图3a是单向分丝转向器的断面图，
图3b是单向分丝转向器的平面图，
图3c是单向分丝转向器的立面图。
图4是设置双向交叉分丝转向器的环管节点图。
图5a是双向交叉分丝转向器的断面图，
图5b是双向交叉分丝转向器的平面图，
图5c是双向交叉分丝转向器的立面图。
图6a是拉索锚固端的平面图，
图6b是拉索锚固端的立面图，
图7是施工方法的流程图。
图中有：环形封闭钢管1，钢绞线束2，结构中与环形封闭钢管相连的构件3，设置单向分丝转向器的环形钢管折点4，设置双向交叉分丝转向器的拉索交叉点5，平行钢绞线组装索锚固端6，单向分丝转向器7，双向交叉分丝转向器8，穿索操作孔9，分丝转向器的分丝板10，分丝转向器的外套管11，分丝转向器的导向管12，分丝转向器的填充材料13，分丝转向器的灌浆孔14，分丝转向器的排气孔15，锚板16，单孔锚具17，防松压板18，弹簧19，固定防松压板的螺栓20，防护罩21，固定防护罩的螺栓22，防腐油脂23，注油脂孔24。
具体实施方式
1)拉索采用钢绞线组装索。
2)在环形钢管折点处设置单向分丝转向器，在钢管内拉索交叉处设置双向交叉分丝转向器。转向器由外套管、分丝板、导向管、填充材料构成。每个导向管对应一根钢绞线，同束组装索的各根钢绞线由导向管内的孔道穿过转向器。转向器的导向孔道按照矩形或者近似矩形布置，与索端锚板孔和钢绞线的排列是对应的。双向交叉分丝转向器对应交叉的两束组装索，其导向孔道的数量为两束组装索的钢绞线根数之和，两束组装索的导向孔道应交替分层布置。
3)穿索
穿索时将各根钢绞线逐根穿入，且应保证穿索后在各转向器和索端锚板处的钢绞线排列方式是一致的。为避免钢绞线穿错转向器的导向孔道，在钢管制作时在转向器两侧钢管的外侧面开设操作孔。操作孔在穿索完毕和张拉前封闭补焊。
为避免钢绞线在转向器之间相互缠绕，应按照从顶层向底层，从内侧列向外侧列的顺序逐根将钢绞线穿入。穿入一根钢绞线后随即预紧，然后再穿入下一根钢绞线。
4)拉索锚具和锚固端构造
与转向器的导向孔对应，在锚固段的锚板上布设锚孔。
钢绞线张拉端采用单孔夹片锚，固定端采用单孔夹片锚或者挤压锚。为防止低应力状态下夹片锚失效，单孔夹片锚具外设置防松压板，防松压板通过螺杆固定在锚板上。在防松压板和夹片锚之间设有弹簧，顶住夹片，防止夹片退出。
拉索张拉锚固后，为保护拉索锚固端，其外设置防护罩。通过螺丝将防护罩固定在锚板上，再向防护罩内注入防腐油脂。
5)拉索张拉
(1)对同一环形封闭钢管内的各束组装索同步张拉。
(2)对同束组装索的钢绞线，采用小型千斤顶按照从内侧列向外侧列、同列对称的顺序逐根张拉。
(3)对单根钢绞线，根据预应力损失相应选择一端张拉，或者两端同步张拉，或者一端张拉、另一端补足的张拉方法。
本发明具体的施工方法举例为：
1)分丝转向器和环形封闭钢管的制作和安装，
(1)环向封闭钢管制作：环向封闭钢管分段制作，留设穿索操作孔。
(2)分丝转向器制作：分丝转向器外套管的外径应略小于环形封闭钢管的内径，在外套管上留设灌浆孔和排气孔；将转向器的分丝板、外套管焊接，穿入导向管并固定；通过灌浆孔向转向器空腔内注入填充材料。并用钢板密封灌浆孔和排气孔。
(3)转向器安装：将转向器塞入环形钢管内，将转向器与环形钢管焊接固定。
(4)环形封闭钢管拼装：将分段制作的环形钢管进行拼装，形成内设分丝转向器的环形封闭钢管。
2)钢绞线组装索的下料和编束
(1)综合考虑环形封闭管内的轴线长度、松弛弯曲长度以及拉索端部的工作长度等确定钢绞线的下料长度。
(2)下料后，对同束的钢绞线进行编号和排束，编号应与转向器导向孔道以及端部锚板孔对应。
3)穿索和预紧
(1)按照从顶层到底层、从内侧列向外侧列的顺序，逐根穿入钢绞线。
(2)当钢绞线前端到达转向器位置时，通过穿索操作孔采用人工辅助将钢绞线前端导入对应的转向器导向孔道。
(3)当一根钢绞线穿入完毕后随即安装端部锚具，予以预紧，然后再进行下一根钢绞线的穿入。
4)封闭补焊穿索操作孔：当穿索完毕后，将穿索操作孔封闭补焊。
5)拉索张拉锚固
(1)待整体结构安装完毕且支座就位后，进行拉索张拉。
(2)对同一环形封闭钢管内的各束组装索同步张拉。
(3)对同束组装索的钢绞线，采用小型千斤顶按照从内侧列向外侧列、同列对称的顺序逐根张拉。
(4)对单根钢绞线，根据预应力损失相应选择一端张拉，或者两端同步张拉，或者一端张拉、另一端补足的张拉方法。
(5)单根钢绞线张拉后立即锚固。
6)拉索端部防护
(1)全部组装索张拉完毕，且验收合格后，切割外露多余的钢绞线。
(2)安装防松压板。
(3)安装防护罩，并注入防腐油脂。