120m跨弦张钢桁架预应力张拉施工

120m跨弦张钢桁架预应力张拉施工

陆汉时杨顺

江苏南通二建集团有限公司226200

[摘要]：通过对超大跨度张弦梁桁架预应力工程的施工，采用预应力施工技术设计，预应力索的预制、展开、拉索连接和拉索牵引就位等工序，采用大型软件施工模拟计算、进行过程分析和张拉过程中测量、调整位移量等，成功进行大跨度张弦梁桁架的张拉，说明了施工预控技术的重要性。[关键词]：桁架张弦梁拉索预应力张拉

1 工程概况

河海大学江宁校区西区189亩实验基地位于南京市江宁经济技术开发区，北侧紧邻佛城路,西侧为宁丹路，东侧为隐龙路。工程钢结构共分为三部分：水流实验大厅、结构实验大厅及水塔结构。水流实验大厅是由混凝土柱支承的大跨度钢屋盖结构，分为A、B、C三个区。A区屋盖为张弦梁桁架结构，屋盖整体平面形状为矩形，其长度为300m，宽度为120m，桁架截面为倒三角形式，主桁架跨度达到120m，最高处标高为19.3m，主桁架共计21榀，上弦杆管径377mm，下弦杆管径450mm。桁架上部为天窗架及C型檩条结构。单榀主桁架最重为67吨。主结构使用钢材材质均为Q345B。

图2-1 A区钢结构屋盖平面布置图

2 结构特点

水流实验大厅的钢结构屋盖，A区和C区预应力钢结构为张弦桁架结构。结构主要由多榀桁架组成，桁架之间由支撑桁架、三角型支撑桁架串联，形成整体的张弦桁架结构。如图2-1所示。

桁架一端为固定支座，另一端为滑移支座。A区屋盖21榀桁架，榀间距15m，合计300m（长轴），

中间有一条伸缩缝，桁架跨度120m（短轴）。张弦桁架由上弦桁架、下弦索及其之间的撑杆构成。通过布置和张拉拉索，产生向上的等效预应力荷载，优化结构内力状态，提高结构刚度，平衡支座全部或部分推力，控制结构外形尺寸（矢高或跨度等）。如图2-2所示。

图2-2 A区单榀张弦桁架三维示意图

3 结构总体施工顺序

根据本工程的特点和钢结构施工总体方案精神，对于预应力张弦桁架，单榀张拉，张拉前相邻两跨张弦桁架主结构、次桁架、天窗架安装、焊接完毕。单区同一个伸缩缝段内的梁全部张拉完成后，进行屋面檩条及屋面板的安装。

1）搭设胎架，采用高空分段吊装的方法，按照施工图尺寸拼装张弦桁架上部刚构；

2）同样方法拼装第二根张弦桁架，张弦桁架与支座连接就位，支座下垫四氟乙烯板；

3）拼装两榀桁架之间的纵向联系桁架、天窗架、十字撑等，所有杆件节点焊接完成；

4）重复第2-3步，完成第3榀桁架和桁架之间联系构件的安装、焊接；

5）拉索地面展开、高空安装，张拉第一榀桁架的预应力拉索；

6）重复第2-3/5步，完成第4榀桁架和桁架之间联系构件的安装、焊接，张拉第2榀桁架。按以上1～6步骤，依次流水施工；

A区Y-N轴线为一个单元，M-C轴线为另一个单元，不同单元桁架榀数、跨度有差异，但安装、张拉流程一样。同一单元全部张拉完成后，可进行已张拉桁架之间的屋面檩条的安装，然后进行屋面板的安装，最后固定支座底板。以A区，Y-N区间为例，拉索张拉流程如图4-1～图4-3所示：

图4-1 第一根拉索张拉

图4-2 第二根拉索张拉

第一步：Y/X/W轴主桁架和之间次桁架、次桁架、天窗架等联系构件拼装、焊接完成，安装Y 轴线拉索，张拉Y轴线拉索，如图4-1所示。

第二步：V轴主桁架和之间次桁架、次桁架、天窗架等联系构件拼装、焊接完成，安装X轴线拉索，张拉X轴线拉索。如图4-2所示。

第三步：U轴主桁架和之间次桁架、次桁架、天窗架等联系构件拼装、焊接完成，安装W轴线拉索，张拉W轴线拉索。如图4-3所示。

依次类推最后安装P轴、N轴线拉索。这样A区的Y-N单元张拉完成。

4 张弦桁架拉索施工总体方案

4.1 拉索施工顺序

拉索的张拉顺序，是在拉索张拉前，本桁架与相邻桁架的联系构件要全部安装、焊接完成。

拉索张拉，根据设计目标索力，计算分析施工工况下的施工索力。

张弦桁架由上弦桁架、下弦预应力拉索及之间的竖杆构成。通过布置和张拉拉索，使竖杆形成弹性支撑，优化结构内力状态，提高结构刚度，同时拉索可平衡支座部分水平推力，因此控制结构外形尺寸（矢高或跨度等）。

4.2 张拉分级程序

每批次张弦桁架两端张拉同步，采用分级张拉：预紧→25％→50％→75％→90％→100％。

4.3 拉索张拉力计算控制

拉索张拉控制包括力和形两部分。力包括索力、关键钢构内力以及支座反力等；形包括：跨度、矢高和关键构件的空间姿态。

本工程现场张拉主要控制拉索张拉力和桁架跨中竖向位移。

4.4 拉索材料要求

⑴.索体材料：本工程拉索材料为半平行钢丝束索。采用1670级ф7镀锌钢丝双护层扭绞型拉索，内层PE为黑色耐老化高密度聚乙烯（HDPE），外层为彩色PE（根据设计现场采用白色）。

本工程拉索的索体为1670级高强半平行钢丝束拉索，外包双层PE；两端可调；张拉端锚具为冷铸锚；连接件为叉耳式，见错误!未找到引用源。所示。

表4-1 拉索材料和规格表

拉索类型

索体索头

级别/MPa 规格索体防护锚具(张拉端) 张拉方式调节装置

A区拉索半平行钢丝束1670 PES C7×223 双层PE 冷铸锚两端张拉螺母C区拉索半平行钢丝束1670 PES C7×187 双层PE 冷铸锚两端张拉螺母

⑵.锚具材料：本工程拉索锚具采用冷铸锚。锚具示意如图4-1所示。

图4-1 φ7拉索冷铸锚示意图

（注：A-锚杯长度；B-锚圈高度；C-锚圈外径；D-锚杯外径；E-铸钢球节点预留孔道）

⑶.成品索检测：

1）成品索长度量测：对于索长超过100m，其误差不大于1/5000索长，即控制在20mm以内。对于索长不超过100m，其误差控制在20mm以内。索长量测方法为经超张拉后成品拉索，卸载至20%的超张拉力时测量拉索长度，然后再换算成20℃，零应力时的拉索长度。

2）拉索弹性模量检测：在成品索超张拉时，取1根作弹性模量试验检测，试验方法为利用超张拉检测时取得的索力与索长变化的数据，算出拉索的抗拉弹性模量。按GB/T17101-1997《桥梁缆索用热镀锌钢丝》要求，成品拉索的抗拉弹性模量不小于1.95×105MPa。本项检测在实型索上进行，不属于型式检验，主要用于科学地指导拉索施工。

5 张弦桁架拉索现场施工

成品索现场施工工序为：拉索展开→对接索拉杆→提升装置安装→拉索提升→对中索球→索头临时锚固→测量索端节点安装误差→调整被动索长，并锚固就位→张拉主动索，并锚固就位。

5.1 拉索的安装

5.1.1 拉索安装前的先序工作

⑴.拉索目测检查：索体表面防护和索头防腐层是否有破损。

⑵.检查拉索实际制作长度是否满足要求。

⑶.与拉索连接的节点检查：节点是否安装到位，且与周边构件连接可靠。

⑷.与拉索连接的构件应稳定可靠，必要时应设置支撑或缆风绳等。

⑸.对于在拉索安装后难以完成的工作，应在拉索安装前完成，如索头连接板的防锈涂层。