预应力拉索张弦梁施工技术

陈　胜, 蒋　超

(中国华西企业股份有限公司， 四川成都 610081)



预应力拉索张弦梁施工技术

陈胜, 蒋超

(中国华西企业股份有限公司， 四川成都 610081)

【摘要】成都国际商品展示中心展厅中庭屋盖结构体系采用了拉索张弦梁结构，跨度29.3 m, 单榀张弦梁重12 t。施工中采用地面拼装预紧、吊装组合、预应力张拉的施工方案。通过预应力的张拉和变形数据的监控，张弦梁跨中反拱值及拉索张力满足设计要求和规范标准的规定。

【关键词】商品展示中心；张弦梁结构;预应力拉索;施工技术

1工程概述

成都国际商品展示中心展厅中庭屋面结构为预应力张弦梁结构。平面内布置共5榀预应力箱型梁和7根尺寸为300 mm×300 mm×12 mm×15 mm箱型次梁，最大跨度29.3 m。每榀上弦杆由一根尺寸为500 mm×300 mm×20 mm×25 mm箱型梁与PES(C)7-055型高强钢丝拉索组合而成(图1)。撑杆为φ80×10无缝钢管，材质均为Q345B。每榀预应力箱型梁间距6 m，次梁间距4 m，两端通过钢支座铰接于混凝土预埋件上。该中庭钢结构总量约70 t，中庭钢结构比混凝土结构屋面高4.6 m，最高点为29.25 m，单榀预应力箱型梁重10 t(图2)。

图1　整体结构三维图

图2　单榀张弦梁详图

2技术要点

(1)预应力张弦结构的上横梁长细比非常大，整体刚度较差，需保证预应力的顺利实施和张拉过程中不出现过大旁弯变形。

(2)张弦梁属于大跨度结构，预应力张拉采用液压千斤顶张拉。单榀张弦梁通过跨中反拱值和拉索张力值进行双控。起拱值依据结构张拉完成后的竖向位移值及处于荷载的状态，通过过程监测确定。

(3)该区域张弦梁须在地面拼装完成，安装好预应力拉索，然后实施吊装。该构件重心位置距离剪力墙边垂直距离约60 m，无法选用大型吊车。安装利用屋面混凝土梁上设置临时吊点，在地面设置临时胎架,通过卷扬机和手拉葫芦对构件拼装及吊装。

(4)为防止在地震及水平荷载作用下，张弦梁结构撑杆发生位移而导致失稳破坏，拉索与撑杆的连接必须可靠，满足抗滑位移要求。

3施工方法及技术措施

3.1结构施工流程

轮廓放样制作→搭设胎架→张弦梁拼装→挂索预紧→设置屋面临时吊点→提升构件→平移就位→螺栓固定→ 次梁组合→预应力张拉→拉力、起拱参数监测→主次梁终焊→检查验收。

3.2张弦梁拼装

(1)在张弦梁吊装区域地面设置拼装胎架，胎架应保证具有足够的刚度,且考虑张弦梁的起拱高度要求。

(2)在胎架上进行张弦梁弦杆、撑杆、索球的定位和焊接，应保证构件的尺寸精度。

(3)进行索球、两端铸钢接头的就位，索球及两端接头均按照已标记好的刻度尺寸定位。

(4)测量张弦梁的长度、宽度以及构件平面的弯曲值，发现偏差进行校正修复。

3.3穿索预紧

本工程高强钢丝拉索截面面积5 024 mm2,钢丝强度1 670 kN/mm2，设计索力1 414 kN，抗拉强度1 670 MPa，总长度30 m，重约1 t。安装拉索时借助电动卷扬机、吊装带等工具将拉索牵引至安装位置。一段固定于铸钢接头内，通过索球逐点固定进行轻微张拉，达到预紧的要求,并及时调整拉索的位置。过程中严格检查拉索的扭转和连接情况，防止拉索与节点扭转变形连接，使预应力拉索保持顺直状态。为防止索体在移动过程中与地面接触，损坏索具保护层及损伤索体，对索头应采取包裹保护措施。同时在地面铺设短钢管，在索体移动时减少与地面的摩擦。

3.4张弦梁的吊装

(1)张弦梁安装顺序。按图1中张弦梁ZXL4→ZXL5→ZXL3→ZXL2→ZXL1的顺序安装，相邻两榀主梁安装完成后及时安装次梁，保证张弦梁的平面外稳定。

(2)设置支撑吊点。张弦梁构件进行组拼时，在屋顶混凝土框架梁牛腿上设置临时支撑吊点，支撑吊点需具备足够的刚度及荷载要求，以保证吊装安全。施工时临时支撑吊点制作两个，循环使用。临时支撑主要由φ299×12、HW300×300×10×15、□300×300×12×15及[ 20a组成。槽钢两端采用连接板连接，其余构件相连均直接相贯焊接。支撑吊点吊装示意见图3。

图3　支撑吊点吊装示意效果

(3)操作平台。为保证张弦梁与土建结构固定的可靠性及安全性，在每个吊点位置设置两个简易吊装挂篮平台，挂篮平台采用塔吊进行移动和就位。

(4)吊装方法。单榀张弦梁最大重量约12 t,单个吊点最大承受6 t荷载。现场采用8 t卷扬机进行吊装，卷扬机提升超过混凝土梁高度0.3～0.5 m处停止，操作工人采用两个10 t手拉葫芦平移挪动钢梁至预埋支座位置，稳定钢梁。

(5)固定安装。吊篮内的操作工人通过对讲机与指挥人员协调进行下降动作，保持步调一致，使钢梁缓缓降入安装位，迅速安装高强螺母并初步拧紧，防止钢梁窜位，然后依次逐步将全部高强螺栓穿好初步拧紧。采用扭力扳手按照先两端后中间的顺序逐个将高强螺栓按初拧终拧分两次拧紧。检查扭力读数，数值应符合设计值方可停止。

3.5拉索张拉

(1)张拉设备的选型与标定。据设计要求张拉值为379 kN，张拉设备采用相应的千斤顶和配套油泵,据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对千斤顶、油压传感器进行标定。张拉设备组合示意见图4。

图4　张拉设备组合示意

(2)张拉应力控制。预应力钢索张拉采用双控，即控制钢索的拉力值及张弦梁结构起拱值。在做好记录的同时进行同步监控。张拉过程中如发现异常，应暂停张拉，待查明原因并采取措施后，再继续张拉。

(3)操作要点。

①张拉设备安装：由于本工程张拉设备组件较多，在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心。

②预应力钢索张拉：油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，超张拉5 %左右，然后停止加压，完成预应力钢索张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5 min。

(4)预应力钢索张拉监测。主要以索力值及张弦梁竖向起拱值为监测对象。

①对钢索拉力的监测采用油压传感器测试，以保证预应力钢索施张后的应力满足设计要求。具体测量原理：张拉过程中油泵的油压通过油压传感器测量出来，转化为力，通过电子读数仪读出索力值。

②在预应力钢索进行张拉时，整体结构部分会随之变形，并且通过结构变形量可以判断预应力施加大小。本工程经施工仿真计算，确定的张弦梁最大竖向起拱值为 40 mm，对每榀张弦梁布置监测点采用全站仪进行监测，对观测数据及时分析处理。变形监测结果如表1所示。

表1　变形监测记录表　mm

注：反拱为正、下挠为负

③预应力施加过程中，钢结构应力与预应力施加值密切相关，张拉过程中，对钢结构应力的监测采用了振弦应变计，每个点对称布置两个振弦应变计。通过对每榀张弦梁的监测，满足设计要求。

(5)张拉质量控制方法和要求。

①张弦梁安装就位后对张弦梁整体结构的尺寸复核检查，预应力张拉索力和伸长值根据复核后尺寸作适当调整。

②张拉力按标定的数值进行，用伸长值和压力传感器数值进行校核。

③认真检查张拉设备及与张拉设备相接的钢索，以保证张拉安全、有效。

④张拉严格按照操作规程进行，控制给油速度，给油时间不应低于0.5 min。

⑤张拉设备形心应与预应力钢索在同一轴线上。

4结束语

在上述施工方案的指导下，成都国际商品展示中心展厅中庭屋面大跨度张弦梁施工顺利完成，各项指标满足设计及施工规范的要求。本文描述了张弦梁基本的施工流程和详细的施工方法，提出了张弦梁施工中需注意的重点难点事项，为同类工程的施工提供良好的借鉴作用。

参考文献

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[5]唐柏鉴. 新型竖向预应力钢结构体系拉索参数确定理论[M]. 中国建筑工业出版社,2013.

【文献标志码】B

【中图分类号】TU757.3

[作者简介]陈胜(1970～),男,高级工程师；蒋超(1983～),男,工程师。

[定稿日期]2015-08-25