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。

⑹.需对索头调节装置等部位涂适量黄油润滑，以便于拧动调节装置。

⑺.为方便工人施工操作，事先搭设好安全可靠的操作平台、挂篮等。

⑻.人员正式上岗前进行技术培训与交底，并进行安全和质量教育。

⑼.在正式使用前对施工设备进行检验、校核并调试，确保使用过程中万无一失。

5.1.2 成品索的安装就位⑴.安装顺序：各榀张弦桁架的刚构、撑杆和拉索流水安装；对于单榀张弦桁架，先安装撑杆，再安装拉索和索夹；为便于安装拉索和索夹，索头调节装置应尽量放长，且两端调节长度应基本相等；按照制索时在索体表面的索夹标记进行索夹安装。

⑵.拉索安装顺序：工厂里拉索在初始预张力条件下，按照有应力长度进行生产，并在拉索索皮表面标记索夹位置→拉索运输至现场→开盘放索→安装撑杆→挂索，将拉索两端索头与端节点临时连接→预紧拉索，让索球自动归位→，准备张拉。

⑶.钢丝束拉索开盘：在放索过程中，因索盘绕产生的弹性和牵引产生的偏心力，索开盘时产生加速，导致弹开散盘，易危及工人安全，因此开盘时注意防止崩盘。

如图5-1所示，采用索盘放索架进行放索。

外包PE索的柔度相对较好，在开盘拉索展开过程中外包的防护层不除去，仅剥去索夹处的防护，在牵引索安装索球张拉索的各道工序中，均注意避免碰伤、刮伤索体。

图5-1 索盘放索装置示意图⑷.拉索施工操作平台采用型钢焊接可移动的拉索安装和张拉所需的操作平台（也可采用脚手架搭设操作平台）。

操作平台不仅要便于拉索施工，也要保证施工安全性。

⑸.撑杆安装搭设拉索临时安装支撑架，用吊机或手动葫芦将地面编好号的撑杆逐根吊起，将撑杆上节点与刚构相连。

撑杆也可以跟着桁架一起吊装。

⑹.拉索及索夹安装拉索在地面展开，将拉索调节装置尽量放长，按厂家做好记号的位置安装索夹，如图5-1所示。

图5-1 索夹按标记安装采用吊机把拉索索头送到桁架下弦节点入口处，采用专门的牵引装置将拉索两端牵引进入桁架预留孔道后，收紧牵引装置的千斤顶，逐渐缩短调节装置，使索体上抬靠近撑杆下端。

在索体牵引、张拉过程中，索球自动进入撑杆下节点。

拉索提升牵引入桁架预留孔道施工如图5-2～5-4所示。

图5-2 索提升牵引装置施工示意图5-3 索提升通过牵引装置导入张拉孔道图5-4 索提升通过牵引装置导入张拉孔⑺.拉索及撑杆安装注意事项撑杆下料时严格控制精度，安装前按实际位置对每根撑杆编号；应仔细核对刚构节点的位置和方向，特别要注意与拉索索头相连节点的编号；在工厂里对拉索进行严格编号和精确标记。

按照初始预张力和各索段长度，在索皮上标记索夹的位置以及索头螺杆的位置。

安装前尚需量测实际关键节点的安装偏差，根据这些标记和节点安装偏差，在现场进行拉索及索夹的安装，并调节索长。

这样既便于实际安装，更重要的是为了撑杆下节点索夹的精确定位和拉索初始态索长的确定。

拉索安装前，需对螺母等涂适量黄油润滑，以便于拧动。

5.2 拉索的张拉5.2.1 张拉前的准备及安全要求根据钢结构安装和拉索施工方案，进行施工过程的精细化分析，掌握施工过程的结构状态和结构特性，为拉索施工提供参数（如拉索施工张拉力），为施工监测提供理论参考值，确保施工安全。

拉索张拉前本桁架构件应全部安装完成，合拢为一整体。

检查构件之间以及支座连接就位，考虑张拉时结构状态是否与计算模型一致，以免引起安全事故。

直接与拉索相连的节点，其空间坐标精度需严格控制。

节点上与索相连的耳板方向也应严格控制，以免影响拉索施工和结构受力。

将阻碍结构张拉变形的非结构构件与结构脱离，如钢桁架和支撑架有焊接连接点时，需断开。

拉索安装前，需对拉索张拉调节装置涂适量黄油润滑，以便于拧动。

拉索张拉前，为方便工人张拉操作，事先搭设好安全可靠的操作平台、挂篮等。

拉索张拉时应确保足够人手，且人员正式上岗前进行技术培训与交底。

设备正式使用前需进行检验、校核并调试，确保使用过程中万无一失。

拉索张拉设备须配套标定。

千斤顶和油压表须每半年配套标定一次，且配套使用。

标定须在有资质的试验单位进行。