ganggouren
一、工程概况
河北奥林匹克体育中心游泳跳水馆100米跨采用拱壳钢结构，由于拱壳结构本身的特点，在支座处产生较大的水平推力，从而使下部的支承结构处于承受水平力的不利状态，为了避免直接传递到下部支承结构，预应力技术就是处理这类问题的好办法，我们在拱架的两个支承点之间设置预应力钢绞线，从而把对支承结构产生的推力转化为由预应力钢绞线承担的内力，减小变形的作用。本工程在游泳跳水馆-1m标高板部分采用有粘结预应力技术，在2-A/2-M轴中布置8束9孔直线型有粘结预应力筋，均采用双端张拉。
二、预应力张拉施工过程模拟分析
根据总体施工部署，进行预应力施工过程模拟分析。计算模型共分成以下5个施工阶段，并分析各个施工阶段拱桁架下混凝土结构的应力场、位移场，为预应力张拉过程提供理论依据，以确保施工过程的安全可靠。
（一）施工阶段
第1阶段：下部混凝土主体结构完成,此时预应力筋未张拉；
第2阶段：钢结构拱桁架支撑未拆除之前，进行第一次张拉，第一次张拉只张拉50%预应力筋（对角张拉，4个9孔，见附图）；
第3阶段：钢结构大拱支撑开始拆除；
注：拆除大拱支撑必须在2天以内完成
第4阶段：钢结构大拱支撑拆除后，进行第2批预应力筋张拉，第二批把张拉剩余50%预应力筋（对角张拉，4个9孔，见附图）；
注：考虑到拱桁架拱脚推力主要由自身自重及自身承受的荷载有关，与拱桁架之外的钢结构关系不大，故拱桁架支撑拆除之后，即可进行第2批预应力张拉。
第5阶段：屋面板安装完成,各种屋面荷载施加完成
（二）计算结果
2.1位移结果
第1阶段拱下结构位移（mm,沿长度方向）
第2阶段拱下结构位移（mm,沿长度方向）
第3阶段拱下结构位移（mm,沿长度方向）
第4阶段拱下结构位移（mm,沿长度方向）
第5阶段拱下结构位移（mm,沿长度方向）
小结：
1）根据分析结果，各施工阶段拱下结构梁端位移统计如下表1所示。
表1 拱下结构张拉端位移
|
施工阶段 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
张拉端位移（mm） |
0.0 |
0.6 |
0.4 |
1.0 |
0.9 |
2）由表1可知：施工阶段2，第一批预应力张拉，使拱下混凝土结构产生预压，引起的位移为0.6mm；施工阶段3，上部拱桁架安装完成、支撑拆除后，拱下混凝土结构产生向外的推力，节点位移减小为0.4mm；施工阶段4，第二批预应力张拉，施工下混凝土结构进一步压缩，节点位移增大为1.0mm；施工阶段5，屋面板、幕墙等结构施工完成后，拱下混凝土结构又产生向外的推力，节点位移减小为0.9mm；
3）由计算结果可知，施工阶段1~6，拱下混凝土结构最大位移为1.0mm，位移可控，不会对结构生成不利的影响。
2.2应力结果
第1阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）
第1阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）-拱脚处应力放大显示
第2阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）
第2阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）-拱脚处应力放大显示
第3阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）
第3阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）-拱脚处应力放大显示
第4阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）
第4阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）-拱脚处应力放大显示
第5阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）
第5阶段拱下结构应力（N/mm2,沿长度方向）-拱脚处应力放大显示
小结：
1）根据分析结果，各施工阶段拱下结构拱脚处应力统计如下表2所示。
表2 拱下结构拱脚处应力
|
施工阶段 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
应力（N/mm2） |
0.98 |
-0.42 |
0.69 |
-1.34 |
-1.30 |
2）由表2可知：预应力张拉之前，拱下结构拱脚处混凝土表现为拉应力，拉应力为0.98N/mm2；施工阶段2，第一批预应力张拉，使拱下混凝土结构产生预压，拱下结构拱脚处混凝土应力由受拉变成受压，压应力为0.42 N/mm2；施工阶段3，上部拱桁架安装完成后，拱下混凝土结构产生向外的推力，拱下结构拱脚处混凝土应力由受压又变成受拉，拉应力为0.69 N/mm2；施工阶段4，第二批预应力张拉，拱下混凝土结构进一步压缩，拱下结构拱脚处混凝土应力由受拉变成受压，压应力为1.34 N/mm2；施工阶段5，屋面板、幕墙等结构施工完成后，拱下结构拱脚处混凝土应力基本无变化，仍保持1.30 N/mm2的压应力；
3）由计算结果可知，施工阶段2~5，拱下混凝土结构应力拉应力最大为0.7 N/mm2，远小于混凝土抗拉强度标准值2.39 N/mm2，最终在拱下混凝土结构中建立1.30 N/mm2的压应力。
三、结论
根据分析结果，可得出如下结论：
1）拱桁架支撑拆除之前，张拉第一批预应力筋（4个9孔），拱桁架支撑拆除后，张拉第二批预应力筋（4个9孔）；
2）按照此张拉方案，拱桁架下混凝土结构应力与位移均满足规范的要求，本方案可行。
通过预应力技术对拱壳结构水平推力的处理，使其空间更大，造型更优美。相信河北奥体中心建成后，势必会成为石家庄市的城市新地标，也将改变河北体育基础设施特别是标志性体育场馆严重落后的现状。体育场与周边城市空间将更加协调，展现“绿色、科技、人文”的时代特点，又能体现出河北人民勇于进取，健康和谐的社会氛围。
（来源：BICP银泰建构）
