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摘要：预应力钢结构是大跨度空间结构领域的主流结构形式，其以少量高强度钢材代替一部分普通钢材并提高其它构件的承载能力而取得显著经济效益。国内预应力施工技术应用日渐增多，本文重点阐述对预应力钢结构施工技术在建筑工中的应用研究，从而保证在建筑工程中预应力施工过程有理有序的进行，同时保证施工期间的安全。
关键词：预应力钢结构；施工技术；建筑工程；应用
前言
预应力钢结构以索为主要受力构件与其他钢结构体系组合的平面和空间杂交结构，使其结构类型更为丰富，更具有结构创新性。它能充分发挥材料性能，高强度的拉索施加预应力后，有极强的现代感。由于拉索的引入，使得钢结构的空间尺寸和杆件尺寸均大幅降低，从而使结构更加轻盈、经济。该结构形式在大量的工程实践中不断地完善和提高，取得了显著的社会和经济效益。
1预应力钢结构原理、施工技术原理以及分类
1.1预应力钢结构原理、施工技术原理
预应力钢结构是在设计、制造、安装、施工和使用过程中，采用人为方法引入预应力以提高结构强度、刚度、稳定性的各类钢结构。传统钢结构通过引入预应力后受力机理得到改善，因为预应力调整了外部荷载与结构内部抗力的关系，充分发掘了钢材弹性强度的潜力，所以预应力钢结构的动、静力性能得到改善。预应力钢结构通过对力的重复、转移、质变以及优选使得构件的内力减小或承载力增加，变形也随之减少，实现结构形式更合理更经济。一般情况下，预应力平面结构可以节约钢材10％～20％，预应力空间体系则可节约钢材40％～50％。
1.2预应力钢结构的分类
在进行预应力钢结构的施工时，主要可以将其分为三种状态： 第一，零状态。当预应力钢结构处于零状态，其仅仅是构件的集合体，并不具有预应力、外荷载以及自身的重力。 第二，初始状态。当预应力钢结构施工张拉之后，其在预应力以及结构自重两者间处于一个平衡的状态，即初始状态[1]。在此状态中，并不需要考虑外部荷载，其索力以及几何形状为结构安装张拉时的索张拉力控制值以及位移监控值。第三，工作状态。当预应力钢结构投入使用之后，在被施加一定的外部荷载的情况下所处于的平衡状态即为工作状态。一般情况下，外部荷载下的工作状态位移，设计单位应提供相应的说明。
2预应力钢结构施工技术在建筑工程中的应用研究
2.1预应力钢结构施工中模拟拉索张拉过程
对于预应力结构来说，在施工过程中，结构内力及几何形状均在不断的变化。采用分批张拉法张拉预应力时，后期张拉的拉索将会对前期已张拉成形的拉索的内力产生影响。因此，需要对每一张拉过程的张力控制值进行精确模拟计算，以保证张拉完成后，实际内力值及设计要求值一致，同时保证施工过程中的安全。预应力拉索张拉过程的模拟主要使用的是单元生死技术以及多时间步连续分析技术。在进行模拟分析时，假设在施工过程中使用的是分批一次张拉，利用单元生死技术将索单元激活，再对其施以初始应变。其后，使用多时间步连续分析法，前一步的分析作为后一步的基础，从而使得实际施工更加科学、合理。
2.2放索
因为建筑工程拉索比较长，索重大，通常使用转盘放索装置，在放索的过程中，利用卷扬机从一端向着另外一端牵引。此外，由于索盘缠绕的弹性以及牵引导致的偏心力，使得索开盘时出现加速，容易出现弹开散盘的现象，对此必须要使用刹车装置。
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2.3挂索
展开拉索之后，在已经标记好的地方将索夹安装上去，使用型钢焊制操作平台，布置拉索的临时安装支撑架，使用相关设备吊起撑杆，把撑杆上的节点和钢结构连接在一起，其后使用千斤顶牵引提升索把拉索提升，当靠近各撑杆的下端，则先把一端索头提升引至铸钢支座中，直到索头的锚环出铸钢支座的承压面，旋平大螺母。
2.4索张拉
首先，为了确保张拉同步进行，同批次拉索进行张拉的时候，要逐步地施以拉力。其次，张拉时，应注意对给泵油压速度进行控制，对于索力偏小的应提高速度；对于索力偏大的应降低速度，从而使得同一根索的索力相同[2]。如果一根索张拉之后并没有未达到设计值，则应采取个别施以预应力的手段对其进行补偿。建筑工程中的张拉设备主要为：液压千斤顶、油泵、油管、油压表、张拉螺杆以及反力架，其中千斤顶要和相对应的油压表配套进行使用。最后，张拉控制的参数。在进行拉索张拉时，应遵循双控原则，以实现对预应力钢结构内力以及变形的控制。如果在张拉的过程中，出现结构变形和设计计算不一致的现象，一旦超过了设计与规范允许偏差要求，则要将张拉停止，找出该现象出现的原因，并做处理后再次张拉。
在实际建筑工程中，为保证结构在施工过程中尤其是预应力张拉过程中的的安全，同时保证预应力张拉施工的准确性，使张拉完成后，实际施工中的预应力状态、结构整体稳定性和结构刚度与设计要求相符，应对张拉过程中结构索力、杆件应力、应变和变形等进行监测。预应力钢结构一般为大跨结构，均为分段安装后进行整体拼装，安装和拼装时测量工作较大，空间控制也较难。由于钢结构与下部非钢结构构件通过预埋件相连，由于不同材料结构施工规范存在差别，这增加了施工过程中安装及校正的难度。
第一，变形监测与工程建设中的测图和施工测量相比，有很多自身特点：精度要求高、需要重复监测、结合各种监测方法、数据处理要求严格和多学科知识配合等。利用变形监测技术，对工程建筑物进行定期、系统的监测发现异常及时采取工程补救。对于预应力钢结构在整个施工过程需要对结构中变形较大位置进行实时的监控，和数值模拟得出的数据进行对比，以保证结构在施工过程中的安全。变形监测首先需要布置基准点，建立监测基准网，同时确定监测点位置[3]。利用全站仪等仪器进行监测，获得结构在施工过程中挠度值。通过获得的数据进行分析处理，并同数值分析时获得的数据进行对比，获取结构实时状态，确保结构施工过程安全可控。
第二，应力应变监测。尽管利用先进的计算手段对结构进行了详细的计算分析，但计算时往往会引用一部分假定使得计算模型和实际钢结构依旧存在差异；同时由于钢结构在制作、安装过程中存在很多不确定性因素从而可能引起结构构件应力的变化。为保证整个施工过程安全可控，需要对钢结构关键构件在整个施工过程中的应力进行有效监测。从而达到全面把握卸载过程中的实际受力状态与原设计的符合情况，提供结构构件的应力应变的实时信息。这对于保证结构在施工过程中的安全具有十分重要的意义。工程中常采用各种类型的应力应变传感器对结构进行应力应变监测，常用的传感器种类有振弦传感器、光纤光栅传感器和电阻应变传感器等。通过传感器采集数据，后进行数据处理，以获得结构中重要构件应力应变的实时数据，及时获得结构实时状态，保证施工过程安全可控。
总结
综上所述，在我国的建筑工程中，预应力钢结构形式凭借着其节约钢材资源、经济效益好的优势得到了广泛的推广。在实际的施工过程中，施工单位首先应重视对预应力拉索张拉过程进行模拟，其后严格按照施工流程进行施工，遵循双控原则，避免出现结构过度变形问题；最后，对预应力进行实时监测，确保结构安全可控。
参考文献
[1]徐晓晴.采用预应力基础梁的大跨度钢结构施工技术要点探析[J].低碳世界,2017,(09):213-214.
[2]贺锋,刘峰,王涛,卓军.某办公教学综合楼屋面预应力钢结构设计及施工技术[J].施工技术,2016,45(21):74-77+102.
[3]杨震.预应力施工技术在大跨空间钢结构中的应用分析[J/OL].湖北工程学院学报,2014,34(03):87-89.
论文作者:来丽敏,王自若
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/30
标签：预应力论文; 钢结构论文; 结构论文; 过程中论文; 状态论文; 应力论文; 施工技术论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;