4．鋼索的選型與索桁架預(yù)應(yīng)力的形成
鋼索的設(shè)計要符合現(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
硬化的高強不銹鋼鋼絲材料的
抗拉強度。若使用高強度
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,對每條鋼索在使用前都必須進行預(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1.5小時。對于面積為A、長度為L的松馳新索,在拉力N作用下伸長ΔL,如果定義應(yīng)力為σ=N/A,應(yīng)變ε=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εP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度。實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%,實驗表明,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。
鋼索在實際生產(chǎn)過程中的預(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;美國資料:鋼絲繩取55%,
鋼絞線取50%,維持0.5～2小時;前蘇聯(lián)取最大破斷力的65%,歷時0,5小時。
4.2 不銹鋼絞線強度設(shè)計值
不銹鋼絞線最小破斷拉力的計算方法按《建筑用不銹鋼絞線》JG/
T201-2007計算最小破斷拉力,公式如下:
(當(dāng)需方要求時可采用整繩破斷拉力試驗方法。)
不銹鋼絞線強度設(shè)計值=不銹鋼絞線最小破斷拉力(Fm) ×
軋制系數(shù)(0,9)/安全系(Κ )。鋼索強度設(shè)計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。
不銹鋼絲強度要求,高強度級≥1512 Mpa,中強度級≥1163 Mpa,根據(jù)供需雙方協(xié)議,也可采用其他強度級別的不銹鋼絲。
4.3 鋼索的下料
鋼索的下料長度是否精確對索桁架的施工安裝和預(yù)應(yīng)力形成有很大的影響,經(jīng)實踐證明采用
拉應(yīng)力狀態(tài)下料對保證下料尺寸
精度有很大的幫助,也就在下料前對鋼索施加一定的軸向拉應(yīng)力使鋼索拉直后進行
切割,下料時必須注意經(jīng)預(yù)張拉處理后的索才可以按圖紙尺寸要求長度下料,同時注意在同一工程使用的同一直徑索在進行拉應(yīng)力狀態(tài)下料時,拉力應(yīng)保持一致。
任何材料在長期
荷載效應(yīng)作用下都會產(chǎn)生蠕變,索也不例外,雖然關(guān)于索的蠕變研究已進行了很長的時間,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度,而索是施加過預(yù)應(yīng)力的張緊索,考慮到鋼絲同時處于冷拉狀態(tài)。因此工程設(shè)計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。對繞軸卷動彎曲的索,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,只有脈動風(fēng)效應(yīng)會使索中產(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7.5萬次鋼索最小破斷拉力的15%～～30%的脈動沖擊荷載后,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)施工前的試驗與檢測
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)按實際使用的材料及安裝方案進行各項性能的檢測,確保達(dá)到設(shè)計要求。
對索結(jié)構(gòu)需進行以下檢測與試驗:
(1)鋼索結(jié)構(gòu)承載靜力試驗(按加載按設(shè)計值的1.5倍取值);
(2)鋼索破斷力試驗;
(3)索套管接頭壓制后進行破斷力試驗;
(4)結(jié)構(gòu)與玻璃連接機構(gòu)的承載力試驗;
(5)材料的化學(xué)分析、物理性能試驗。
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)計時就應(yīng)考慮到施工順序和預(yù)應(yīng)力施加方案。嚴(yán)格按規(guī)定的步驟進行施工,防止出現(xiàn)由于施加預(yù)應(yīng)力強起的支承結(jié)構(gòu)嚴(yán)重超載的現(xiàn)象,張拉步驟:
(1)在進行索預(yù)應(yīng)力張拉前先將堅向索布設(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%進行第一級張拉。順序是從中部向兩端逐條對稱張拉。此后對索的分布尺寸進行一次復(fù)合測量,工程中常采用
張力測量儀測量。將中部鎖緊機構(gòu)按尺寸安裝到位,要求只進行初始連接不鎖緊。
(2)經(jīng)調(diào)整達(dá)到索內(nèi)力基本平衡,中部節(jié)`點空間定位尺寸基本到位后按最終預(yù)應(yīng)力值的20%進行第二級張拉。順序與第一次張拉一致。張拉全部到位后按各節(jié)點總定位尺寸,將索的鎖緊機構(gòu)和玻璃連接機構(gòu)調(diào)整到位,并進行初期鎖緊和初期固定。保持24小時后檢查各邊部節(jié)點和中部節(jié)點以及邊緣支承結(jié)構(gòu)．
(3)當(dāng)確定各節(jié)點和邊部支承結(jié)構(gòu)無異常情 張拉力況后,按最終預(yù)應(yīng)力值進行第三級張拉之后進行100%尺寸精度測量調(diào)整,鎖緊各節(jié)點的連接機構(gòu)。待76小時后再進行一次尺寸復(fù)合采用高精度的索內(nèi)力測定儀對索內(nèi)應(yīng)力進行檢測,確認(rèn)內(nèi)力均衡后 30%方可進行下一道安裝工序。(見圖4.4)
<
在施加預(yù)應(yīng)力過程中必須注意以下幾個方面:
(1)施工時預(yù)應(yīng)力的確定要按施工過程中的氣溫變化調(diào)整預(yù)應(yīng)力,設(shè)計人員要給施工人員提供合攏溫度與預(yù)應(yīng)力值對照表確保索內(nèi)應(yīng)力在溫度變化過程中的均衡狀態(tài)和安全性。
(2)在節(jié)點定位時應(yīng)考慮到鋼索的長度是隨著拉應(yīng)力的增力面伸長,不論是在一端施加預(yù)應(yīng)力還是在兩端同時施加預(yù)應(yīng)力都要按索的彈性模量E和索的
金屬有效面積A計算出伸長量來保證節(jié)點定位的準(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)力測定儀在使用前應(yīng)進行標(biāo)定,保證測出應(yīng)力指標(biāo)的
可靠性。
(4)在施加預(yù)應(yīng)力的過程中要同時觀查邊部支承結(jié)構(gòu)的變形情況和穩(wěn)定性,看是否符合設(shè)計要求,發(fā)現(xiàn)異常情況要及時處理。
(5)索桁架加工的誤差應(yīng)符合(表4.4)要求:
5．結(jié)束語
鋼索結(jié)構(gòu)支承點支式玻璃幕墻,在近年來愈來愈多的使用在現(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,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、華麗的連接件點綴其間,給人留下深刻印象,也極大的滿足了建筑師對
建筑立面通透性的追求。與其它柔性結(jié)構(gòu)相比,它顯得更加簡潔、純凈。
參考文獻
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T201-2007
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建筑裝飾裝修》2005
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