0 引言

　　钢结构预应力拉索安装技术可实现大跨度，并提高结构、构件性能，降低造价。在预应力拉索安装工艺中，拉索安装区域的选择、预应力监控、索张拉阶段性等均是其中的关键技术。针对某钢铁集团原料场项目特点和难点，合理、科学地研究确定各关键技术点，特别是如何在空间受限情况下，解决胎架和拉索安装位置冲突问题，将预应力拉索安装技术的先进性充分灵活体现。

　　1 工程概况

　　1.1 项目概况

　　某钢铁集团原料场项目料棚钢结构工程为大跨度预应力管桁架结构，封闭料棚跨度165m、长度630m、高约47m(见图1)。165m跨采用两端铰支、拱桁架，拱桁架为三角形立体桁架，宽4.5m，跨中厚度约4.5m，拱脚附近最厚处约6m。为减小拱脚推力，在满足斗轮机操作空间的前提下，在25.481m标高处设置平衡钢索，钢索距拱脚22.981m。为保证拱桁架稳定，在拱桁架面内设置11道纵向桁架及刚性系杆和面内支撑系统。拱脚采用球铰支座，标高2.500m。165m跨张弦拱桁架共48榀，每12榀为1个结构单元，每榀间距为11m或15m。

　　1.2 施工及预应力张拉方案

　　由于拉索和钢构件均为结构中的重要组成部分，因此，拉索和钢构件施工需紧密配合，以保证张弦桁架施工安全、质量、经济、合理、快捷、方便，满足结构设计要求。根据整个结构特点、现场条件，并结合自身条件，确定拉索采用高空导向牵引拉索安装的方法，即通过在支撑架托架设置悬挑托架，在悬挑托架下方进行导向牵引拉索安装，拉索安装完成后实施预应力张拉措施，实现大跨度张弦桁架高空拉索安装(见图2)。

　　图1 主桁架剖面 

　　图2 单榀桁架预应力拉索安装 

　　1.3 拉索安装难点分析

　　1)场地受限且不能影响正常生产，拉索安装作业面与生产区域冲突本项目为改造工程，在现有料堆场上方加盖大跨度钢结构，下方料堆场只能清理出局部必须使用的场地，同时也不能影响正常生产作业，保证运料车辆正常出入。料场周边由防风抑尘网封闭，且有大量栈桥、配电房、地下通廊等标高不一构筑物。封闭料场边缘部分单元钢结构安装无相应的拼装和吊车位置。因此，拉索安装时如何尽量不占用地面生产区域且保证进度，是本工程一大难点。

　　2)高空拉索安装作业面与支撑架位置冲突1榀主桁架吊装完成后，若直接在吊装位置安装拉索，将与支撑架冲突，无法正常安装，也无法保证桁架滑移作业。故需在无拉索安装时将桁架滑移至既定位置，保证拉索安装作业面，避免与支撑架位置重叠，且要保证桁架在滑移过程中的稳定。

　　3)张拉过程中索体状态难以控制张拉过程会造成拉索及锚具松弛，从而造成预应力损失，故如何施加张拉力，保证索体状态，减少预应力损失，难度较大。

　　2 预应力拉索关键施工技术

　　2.1 支撑架设计

　　2.1.1 支撑架托架采用悬挑设计

　　支撑架托架采用悬挑设计(见图3)，将吊装完成后的1榀桁架滑移至悬挑处，为下一榀桁架吊装提供工作面，在悬挑下方进行导向钢绞线安装，避免拉索安装位置与支撑架冲突，也避免拉索对桁架滑移造成阻碍。

　　图3 托架悬挑设计 

　　2.1.2 在支撑架上设置滑移短轨道

　　支撑胎架上短轨道标高41.500m，轨道长度为支撑架宽度15m。在滑移至拉索安装悬挑位置时，最大程度地确保了滑移单元在滑移时的受力均衡与稳定，特别是滑移起步时平面外稳定性更好。

　　2.2 高空拉索安装流程设计与创新

　　拉索自重较大，因此，考虑采用专用放索转盘放索。在放索过程中，因索盘自身弹性和牵引产生的偏心力，索盘转动会使转盘产生加速，导致散盘，易危及工人安全，因此，放索时须缓慢、匀速，必要时转盘设置刹车装置。

　　拉索打包前，要求B端索头盘在里面，A端索头盘在外面。A端为结构?轴端处张拉端，B端为结构?轴端处锚固端。因此，索盘置于张弦桁架?轴端，向轴线?方向牵引。索夹安装在撑杆下端，在吊装撑杆时直接将索夹安装就位。

　　在导向钢绞线上安装滑轮组作为牵引，牵引绳一端与索头连接固定，利用卷扬机带动牵引绳通过滑轮组将钢索牵引到位，要控制卷扬机牵引速度，同时，在索盘位置设置制动装置，防止卷扬机带速过快使穿索速度过快。在牵引过程中，将钢索从悬挑下方穿过，以跨度中间索夹位置为控制目标，牵引到位后使用扣索夹固定索体，待牵引端索头穿入张拉端穿索管后将锚固端索头锚固，此时整个穿索过程完成。导向牵引及锚固如图4所示。

　　图4 导向牵引及锚固  

　　2.3 张拉过程与创新

　　由于张拉设备组件较多，因此，安装时要小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索张拉时不产生偏心。张拉时，对位移和索力进行双控，达到设计方提出的控制节点位移和拉索内力要求，使其在允许误差范围内。

　　超张拉力取1.2～1.4倍设计索力。张弦桁架在拼装时的设计索力较小，但经计算，该屋盖在使用条件下最大设计索力为1 926k N，以此为设计索力，超张拉取1.3倍即超张拉至2 504k N。采取10%,35%,75%,100分级张拉，最终张拉至2 504k N。

　　钢索张拉端应保持为可调节状态，以便在需要时对钢索拉力进行调整。

　　2.4 单榀张弦桁架张拉施工全工况分析

　　使用施工模拟计算结果指导实际施工，采用通用MIDAS有限元分析软件或SAP2000有限元软件进行分析，进行支撑架上单榀张弦桁架张拉前、后及支撑架拆除后施工过程全工况计算分析。

　　1)支撑架上单榀张弦桁架张拉前工况分析搭设支撑架，将桁架分段按设计要求进行焊接拼装，并保证其精度。利用牵引索进行挂索，索头套入固定端锚固节点，另一端张拉拉索，并锚固索头。张拉前，钢桁架自重落在支撑架上，对支撑架刚度与稳定性及变形进行计算，在支撑架中产生较小压缩变形。计算输出成果为桁架支撑架拼装阶段竖向位移。

　　2)支撑架上单榀张弦桁架张拉后工况分析计算包括桁架应力、应变，支撑架刚度与变形，支撑架底部反力及拉索内力等。计算输出成果不少于桁架竖向位移，桁架张拉完成后支撑架轴力、底部反力，拉索内力等。

　　根据支撑架上单榀张弦桁架张拉施工过程计算分析结果可知，支撑架位于桁架上弦杆处最大轴力为170k N，支撑架柱脚最大反力为205.2k N。

　　3)单榀张弦桁架拆除支撑架卸载后张拉施工分析采用通用有限元分析软件MIDAS进行计算，结构自重由程序自动计算，采用施加降温的方法达到施加预应力。计算输出成果不少于桁架内力、竖向位移、桁架张拉完成后拉索内力、桁架变形形态图等。

　　4)桁架形状(撑杆位置)分析一方面预应力拉索在其自重作用下，会有一定竖向挠曲;另外，拉索在张拉时，会向一端滑动，引起撑杆向一侧偏移，使撑杆不能与桁架轴线保持垂直。首先在计算时自动考虑拉索在张拉阶段伸长量，其次计算出张拉完成时，撑杆上、下节点位移，反算出拼装阶段所需预偏量，从而保证张拉完成时撑杆位于施工图中的理论位置。

　　3 预应力拉索过程控制

　　3.1 张弦桁架形状控制

　　预应力钢索张拉过程中，结合施工仿真计算结果，严格控制张弦桁架形状变化，对结构整体变形进行监测，可保证预应力施工期间结构安全，如发现异常应立即停止施工。采用全站仪和反光片监测变形(实际监测时，在每个监测点上粘贴反光片，以便于观测定位和采集数据)，变形测点为钢桁架下弦杆跨中节点。

　　3.2 索力与变形双控

　　由于张弦桁架变形对预应力值十分敏感，应对变形(形状)和索力进行双控。钢索索力可通过油压传感器进行监测。油压传感器安装于液压千斤顶油泵上，通过专用传感器读数仪可随时监测到预应力钢索拉力，以保证预应力钢索施工完成后的应力与设计单位要求应力吻合。在对钢索施加预应力时，通过油压传感器可随时监测到索力变化。

　　3.3 各阶段相邻杆件内力控制

　　通过控制索力以达到控制张弦桁架最佳形状的目的。采用振弦式应变计监测钢结构应力。在钢构件表面安装应变计时，通常采用粘贴安装块方式，成对提供安装块，其中带有锥尖固定螺栓。将钢结构粘贴表面清理干净，根据应变计长度将端块焊接在钢构件表面，然后将应变计利用螺栓固定于端块上，通过专用数据采集设备即可采集到钢结构表面应变，通过对采集数据进行分析即可得到该测点位置处钢结构表面应力。

　　4 结语

　　针对该项目特点与难点，合理、科学地研究确定各关键技术点，进行多项技术创新与研发，如在支撑架两侧悬挑处进行预应力拉索安装，穿索张拉全程在高空进行，无需操作平台等技术创新，既保证了工程质量和安全，又为场地空间受限的类似工程项目提供了借鉴。