体育场建筑平面呈八心圆偶合的相似椭圆形,为周圈全封闭大悬挑罩棚的空间碗状结构,径向框架分为88条轴线,16处双柱双梁变形缝,400mm×400mm钢筋混凝土方桩基础,环向用联系梁构成蛛网结构。104榀双向对称的锯形框架在三维空间尺寸渐变,用小折线近似弧形形成庞大隽秀、刚劲挺拔的空间马鞍形曲面建筑效果。罩棚挑梁悬伸长度由南北中部的8.8m变化到东西中部的28m,端点高度由南北中部13.53m变化到东西中部26.622m。彩色压型钢板棚面设在挑梁下缘,挑梁暴露在罩棚屋面上(图6-19-1、6-19-2)。
罩棚挑梁采用部分预应为混凝土结构,梁体为工字形截面,梁宽与框架柱宽相同,梁腹宽度仅120mm,在胁部增大为200mm。挑梁尾段与框架顶部立柱整体现浇,悬伸部分划分为1~4段块体进行悬臂拼接。拼接块体在现场分段预制,拼接端肋面做成齿状棒口,用环氧树脂粘接,依靠榫齿嵌接和环氧树脂的粘结强度传递剪力。用起吊设备将预制梁段块体吊起,在空中悬臂拼装。拼接一段块体后,即张拉1~2束预应力钢丝,在现浇的挑梁尾部端面锚固,借助钢丝束的预加拉力,对块体施加压力,将拼接块体连接成整体。挑梁块体逐段悬拼,逐段延伸出去,在高空无支架的情况下,完成整榀大跨悬挑罩棚梁的施工(图6-19-3)。
第2章大跨罩棚挑梁足尺结构试验
施工前进行了最大悬挑跨度挑梁的足尺结构试验。试验内容有:框架与挑梁尾段整体现浇;挑梁块体预制;空中逐段悬拼;环氧树脂粘接;空中穿束;预应力张拉和锚固;预应力损失测定和荷载试验等。
第1节预应力损失测定
测量预应力损失的方法是在镦头锚板后面放置特制的传感器,将钢丝应变值传入应变测定仪,测出张拉后钢丝中的预应力值。将控制张拉力减去在钢丝中实际建立的预拉力,可得到预应力短期总损失值,其中包括锚具变形损失σl1、摩阻损失σl2、钢丝应力松弛损失σl4和锚环外附加损失σl′等。
测试数据说明,曲线束的锚具变形损失σl1主要发生在尾部张拉端内4~6m的曲线长度范围,钢丝应力松弛损失σl4在顶塞后最初10min内完成30%。锚环外附加摩擦损失σl′可按控制应力σcon的5%计算。分批张拉的弹性压缩损失,由应变传感器和布置在梁体上缘的千分表量测,1束22Фs5钢丝的平均弹性压缩损失值约为220kN,弹性压缩损失值接近σcon的0.5%,可将先批张拉钢丝束的控制张拉力逐一加大一点给予补偿。
实测的摩阻损失σl2为理论计算值的1.38~1.55倍,曲线束中建立的有效预应力比计算值偏小2%左右。这是因为曲线束金属波纹管的弧线位置不准确,形成多处小弯折点。另外,预留孔道在拼接面产生左右错孔或上下错孔,预应力钢丝形成弯折点,增大了摩阻损失。如果挑梁块体和现浇段预留孔道的施工误差过大,悬拼张拉后在钢丝中实际存在的有效预应力值,将比理论计算值偏低较多。
第2节块体拼接端面上的局部承压
施加偏心预拉力后,挑梁现浇段拼接端面承受的预压力最大,6束22Фs5总张拉力达2874.30kN。设计允许最大预压应力为10.7MPa,为现浇段混凝土设计抗压强度的47.4%。
实测现浇段拼接端面上缘最大预压应力为26MPa,说明存在不均匀局部受压。试验中用钢棒或钢垫板调整梁体偏斜时,在拼接面上形成小点局部承压,在拼接面腹板上部,实测到的预压应力高达93MPa,此时在梁腹榫齿处出现挤压水平裂缝。
施工中要保证梁体拼接端面平整无破损,尤其必须保证上缘孔洞之间有足够承压面积。校正挑梁时,不允许用加塞钢榫、钢垫板的方法,以免在拼接面上产生过大的局部压应力。待梁体混凝土达到100%设计强度后,方可进行预应力张拉。
第3节挑梁荷载试验
在挑梁上缘下缘和梁腹,贴有62片长距电阻应变片,用于各阶段加荷时测量各控制点的应力。梁体上表面设有10个位移测点,用应变仪测上缘应变,与应变片量测结果进行对比。在每段块体拼接处悬挂垂球,用标尺量测梁体的挠度。梁体上表
面架设水平仪1台,挑梁正前方架设经纬仪1台,用以监测在悬拼过程中梁头处挠度变化和轴线偏斜。
按20%标准荷载分级,从尾段向前端逐点逐级加载,达到设计标准荷载时持荷24h,卸载到零,量测残余变形。调整加载设备,加载到设计标准荷载的170%,控制截面作用弯矩达到设计弯矩的1.65倍,超过设计安全系数,持荷24h,量测应力和
变形挠度,卸荷,量测残余变形,结束试验。由于加载设备限制,未作挑梁破损试验。
荷载试验结果说明,在100%设计荷载作用时,部分预应力混凝土罩棚挑梁的上缘均处于受压状态,未出现拉应力,挑梁处于弹性工作阶段。在170%设计荷载作用下,梁体上缘出现不大的拉应力,控制截面未出现受力裂缝。卸载后塑性变形
很小,残余变形值仅1~3mm,罩棚挑梁平面内刚度较好。
开始悬拼时,拼接块体自重产生的向下挠度超过偏心预拉力产生的向上挠度,拼接后块体前端下挠。随挑梁块体逐段悬拼出去,预应力钢丝束数量增多,偏心预拉力产生的向上挠度,逐渐接近块体自重产生的向下挠度,越靠近自由端,块体前端下挠越小。在挑梁自由端,6束22Фs5钢丝产生的向上挠度,抵消4段YWL
块体自重产生的向下挠度后,形成预应力上拱度,其值为23mm,相当于悬挑跨度的1/772。
在设计荷载作用下,挑梁自由端产生向下挠度26mm,与预应力上拱度抵消后,仅有向下挠度3mm。卸荷后荷载挠度消失,自由端仍恢复上拱度23mm,挑梁
处于弹性工作阶段。