两连跨张弦桁架整体吊装与同步张拉施工技术

金 振 卢新民 熊昱栋

1.广厦建设集团有限责任公司 浙江 杭州 310012；2.宁波建工建乐工程有限公司 浙江 宁波 315020

张弦桁架是由刚性杆件和柔性拉索组合而成的一种新型自平衡、大跨度预应力空间结构体系。两连跨张弦桁架（图1）可看成是由两跨单跨张弦桁架组合而成，因此既有单跨张弦结构的特点，又有两跨连续梁的结构优势，被广泛应用于大跨度的空间结构中[1-2]。

图1 两连跨张弦桁架轴测示意

1 总体施工方案

张弦桁架由抗弯刚度较大的刚性构件和高强度拉索组成，通过对下弦钢拉索施加预应力，使张弦桁架成为一种空间预应力结构体系。预应力张拉完成前，张弦桁架的结构刚度非常弱，对结构吊装的要求很高，特别是两连跨张弦桁架，张拉施工对整体结构状况的影响很大，任何一跨的张拉都对其他跨有较大影响，因此必须两跨同步张拉。

预应力施工是确保张弦桁架结构正常工作的关键所在，采用“地面胎架拼装，拉索初次张拉，单榀整体吊装，空中二次两跨同步张拉”的施工方法。首先在现场搭设拼装胎架，将桁架在胎架上拼装焊接，然后进行预应力初次张拉，再将桁架整体吊装到位，最后进行预应力二次张拉，二次张拉时采用两跨同步张拉。第1次张拉在单跨张弦桁架地面拼装完成后进行，以吊装就位后的支座条件控制支座反力和支座水平位移最小作为张拉力控制的原则。在温度缝间所有张弦桁架、檩条和支撑形成整体后，对相连的两跨张弦桁架同时进行第2次张拉。第2次张拉采用两跨同步张拉的方法，使两跨结构的体形能够协调一致。

2 施工技术

2.1 施工工艺流程

胎架搭设→胎架复核→张弦桁架拼装→拉索安装→预应力初次张拉→张弦桁架单榀整体吊装→二次两跨同步张拉→封锚并拆除支撑架

2.2 胎架搭设

张弦桁架采用将弦杆站立在胎架上立接，由于张弦桁架呈弧形，故将张弦桁架吊装到胎架上立接，确保张弦桁架的初始结构尺寸，能够减小胎架对初次预应力张拉的影响，而且可以直接吊装桁架，减少了桁架翻身的工序。根据张弦桁架的整体质量和杆件的质量，可采用传统的钢支撑组拼胎架，必要时设置缆风绳加固。胎架应根据桁架跨度、高度、质量等因素综合确定，胎架高度最低处一般为1.3 m。在胎架搭设（图2）的位置采用现浇混凝土或基箱板拼接的方法形成一个刚性平台，在刚性平台上进行测量放线，平台要有足够的刚度，否则平台沉降会影响胎架的几何尺寸。

图2 胎架搭设

2.3 胎架复核

胎架搭设完成后必须进行验收，合格后方可使用。为了保证胎架结构尺寸的准确性，每次胎架使用后，必须重新对其进行验收，符合要求后才能再次使用。由专门的测量人员对刚性平台与胎架进行沉降观察，如有情况应及时通知施工技术人员进行修整完善。

2.4 张弦桁架拼装

按照从下弦到上弦再到腹杆的顺序进行杆件拼装，先拼装桁架中间部分的杆件，再往桁架两端进行拼装，桁架刚性杆件拼装完成后再进行拉索的安装。桁架弦杆钢管与钢管之间的对接，在钢管内部设置内衬管，钢管就位后，调紧对接器，主管之间采用电焊固定。杆件在胎架上拼装调整到位后用φ48mm钢管进行临时固定。监测各基准点和桁架外形线的实际位置，精确调整并达到误差要求后，对桁架构件进行固定，焊接完成除拉索外的整榀桁架。

2.5 拉索安装

在预应力拉索安装（图3）过程中，应尽量使索保持直线状态，预应力索较长时，借助倒链进行牵引安装。开盘放索前将索盘放置在桁架的一端，由倒链将拉索从一端牵引到另一端，牵引时尽可能保持均衡的速度，使拉索处于受拉状态，避免时快时慢。在放索的地面上设置保护板，一方面可保护拉索，避免拉索受到磨损，另一方面可减小摩擦力，加快拉索牵引速度。

图3 安装拉索

2.6 预应力初次张拉

根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力采用相应的张拉设备，包括千斤顶和配套油泵，并对千斤顶、油压传感器进行标定。单榀张弦桁架在地面胎架上拼装完成以后，对桁架拉索进行预应力初次张拉，采用一端张拉工艺进行施工，初次张拉应力一般取设计初始预应力的30%～40%，分3小级完成，张拉控制采用双控的方法进行。

2.7 单榀整体吊装

张弦桁架吊装前搭设支撑架，并在支撑架上安装爬梯，支撑架顶部下挂吊装操作平台，操作平台由角钢焊接而成，专用挂钩挂设在支撑架顶部的横梁上。由于张弦桁架单榀质量较大，需履带式起重机才可以负荷行驶，因此一般采用履带式起重机进行张弦桁架的吊装，吊装时采用四点吊装法（图4），避免桁架在吊装过程中发生较大的变形。张弦桁架吊装到设计安装高度后将桁架稳定下来，然后将桁架与支座进行销接固定，先固定张拉端，再固定非张拉端。张弦桁架吊装到位以后采用缆风绳和支撑架进行临时固定。相邻2榀张弦桁架全部吊装到位以后，马上进行连接杆件的安装。根据工程情况，至少4榀张弦桁架连接成为一个整体，然后对这一个整体的桁架进行二次张拉。

图4 张弦桁架吊装示意

2.8 二次两跨同步张拉

张弦桁架采用两跨同步张拉法，张拉到100%张拉控制应力值后超张拉到103%张拉控制应力值，稳定持荷2 min以后再锚固拉索。张拉控制采用双控的方法，以拉索变形伸长值的控制为主，张拉端分别选择在两连跨张弦桁架的两端（图5）。

为保证两跨桁架同步张拉、同步均衡受力，要先保证两端的初始张拉位置一致，其次，预应力张拉时要保证操作时间同步、张拉速度同步。为了提高两跨张拉的同步性和均衡性，将张拉过程再分为5小级，每个小级张拉完成后都要进行拉索变形伸长值的测量，如有误差则在下一级张拉时进行调整，确保预应力张拉的整体同步。安装完成所有张弦桁架后进行局部索力微调，最后同时拆除剩下支撑架。

图5 张拉示意

3 施工监测

通过施工监测了解张弦桁架预应力张拉的情况，检验桁架受力状况与设计要求的吻合度。对张弦桁架进行施工监测一般有拉索应力、构件变形和支座位移等的内容。

1）拉索应力监测：对张弦桁架的拉索进行应力监测，保证千斤顶的张拉力能有效传递给拉索，使拉索的受力情况符合设计要求。

2）构件变形监测：在每一榀桁架上都布置反拱变形监测点（图6），监测结果真实地反映张弦桁架钢构件的变形情况。

图6 反拱变形监测点布置

3）支座监测：为了避免施工过程中突发异常情况，需要对支座进行应力监测，特别是当支座是钢管混凝土柱时更应该加强监测，因为钢管混凝土柱为悬臂柱结构，这种悬臂结构对悬臂端的位移和外力比较敏感。支座监测采用振弦式应变计监测。

4）张拉过程中的预警：当拉索应力、结构变形与计算状态相差过大时，应停止张拉，报请监理和设计单位，找出原因后再重新进行预应力张拉。

4 质量控制

钢构件进场后，按货运单检查所到构件的数量及编号是否相符；按施工图纸和生产加工厂家提供的质检报告单，对进场构件的规格型号、质量偏差等进行验收。质量检查合格并经签章确认后，方可使用该批钢构件。拉索进场后卸车用吊机装卸，钢丝绳与拉索接触点用硬物隔开。拉索放开时其外包装先不剥落，等拉索安装完成后再剥落。施工时必须严格按照焊接工艺文件的要求进行焊接施工，认真清理表面的熔渣及两侧飞溅物，并在完成焊接24 h之后对焊缝进行探伤检验。严格按照“地面胎架拼装，拉索初次张拉，单榀整体吊装，空中二次两跨同步张拉”的方法进行施工。单榀桁架拼装时遵循“先中间杆件，后两端杆件”的对称施工方法，消除误差积累，提高拼装精度。

5 工程应用

银川火车站工程位于宁夏回族自治区银川市，由站房、站台雨棚、进站天桥3部分组成，建筑面积分别为29 995、38 294、5 866 m2。站台雨棚在中央被高出的进站天桥分为南北2个部分，两连跨的张弦桁架跨度分别为44.4、41.0 m，南北向柱间跨度除一跨为24 m外，其他均为21 m。站台雨棚主要结构为两连跨的张弦桁架，雨棚由Y形柱支撑。张弦桁架的主要构件为圆钢管和平行钢丝束，其中上弦部分最大管径为φ530mm×14mm；下弦部分为强度级别1 670 MPa的双PE高强度平行钢丝束，截面为φ5mm×151、φ5mm×139。该工程两连跨张弦桁架采用“地面胎架拼装，拉索初次张拉，单榀整体吊装，空中二次两跨同步张拉”的施工方法，对两连跨张弦桁架施工进行模拟吊装（图7），减小了张拉施工对相邻跨桁架索力的影响，确保了质量与安全，加快了施工进度，经济效益明显，图8为竣工后的站台雨棚。

图7 模拟吊装

图8 竣工后的站台雨棚

6 结语

张弦桁架是一种新型自平衡、大跨度预应力空间结构体系，由抗弯刚度较大的刚性构件和高强度拉索组成。两连跨张弦桁架具有单跨张弦结构和两跨连续梁的结构优势，充分利用了拉索受拉的优越性能，能适用于更多、更大的空间结构，两连跨张弦桁架与单跨张弦桁架相比，可节约1/4的工程造价。采用二次张拉、两跨同步张拉的施工方法，能够在桁架吊装就位后进行变形调整，减小张拉施工对相邻跨桁架索力的影响，有利于桁架的整体变形协调一致，确保了工程施工精度，提高了工程的科技含量。