體育館大跨度預應力索張拉技術

曹瑞芳

【摘 要】本文通過工程實例，詳細介紹該工程大跨度預應力索張拉技術施工工藝、施工技術操作及質量控制要點。

【關鍵詞】大跨度；預應力；張拉過；質量控制

Gymnasium span prestressed cable tensioning technology

Cao Rui-fang

（Fifth Construction Company of Shanxi Province Taiyuan Shanxi 030013）

【Abstract】In this paper， project examples， detailing the project span prestressed cable tensioning technology construction technology， construction technology and quality control point operation.

【Key words】Span；Prestressed；Tensioned too；Quality control

1. 工程概況

山西體育中心甘情愿體育館工程，上部為一整體鋼結構屋蓋，支承于下部獨立混凝土單元上，縱向長度約170m，橫向長約110m，最大跨度約90m。采用多重弦支網殼+空腹桁架+魚腹式桁架結構體系，最高點高度為30m，建筑功主要為賽時滿足全國性大學生單項比賽。

2. 預應力索的特點、難點及創新點

2.1 深化設計施工一體化。

（1）現場的情況瞬息萬變，出現意料之外的情況時項目部應能及時分析出原因，必要時施工方法應作必要的調整。緊張的工期要求預應力單位能夠及時提供與預應力有關的構造處理措施。

（2）為精確掌握張拉成形前大垂度拉索的施工狀態，并便于在索段內施加外載，提出了“索段折線模型的折線數估計公式和初始幾何迭代算法”，以索的基本平衡微分方程和平衡條件為基礎，提出了滿足既定計算精度的折線數估計公式，并根據不同已知條件確定初始平衡態下內節點坐標的數值迭代公式和方法，實現了在既定精度要求下索線重和初始預張力在折線初始幾何上滿足初始平衡態。為了保證構件的順利組裝和張拉，必須針對實際工程的特點進行節點設計和張拉工藝的設計，使結構的形狀與預應力分布相匹配。

2.2 制索、拉索安裝和預應力鋼索張拉精度要求高。

從施工技術設計計算及工廠加工過程控制索的精度，在施工過程中通過相關的技術手段彌補在制索過程中無法達到的精度或產生的誤差。

3. 預應力拉索施工工藝流程及操作要點

3.1 施工流程（見圖1）。

放索就位提索張拉牽引索張拉索

3.2 操作要點。

3.2.1 放索。

采用轉盤放索，設計加工專門的支架，在索盤軸孔內穿上圓軸，徐徐轉動索盤將索放出。索盤置于張拉桁架的一端，由一端向另一端牽引。

在放索過程中，因索盤自身的彈性和牽引產生的偏心力，索盤轉動會使轉盤產生加速，導致散盤，易危及操作人員安全，因此對轉盤應設置剎車裝置。

索每延米重約40.8Kg，采用5t卷揚機在索拱的安裝胎架另一端進行牽引。為防止索體在移動過程中與地面接觸，損壞拉索防護層或損傷索股，采用移動平車法，將索逐漸放開，移運至胎架內，移運小車的間距為3m左右，每臺平車承受約257.7Kg，并使索基本保持直線狀移運，平躺在已拼裝成型的三角型桁架下。

3.2.2 就位。

88m跨張拉桁架的拉索長而重，鋼桁架的安裝方法確定為地面拼裝分段吊裝，拉索的形狀呈折線狀，根據這一特點，在拉索牽引到位后，在鋼桁架兩端及中間設置吊點，采用手拉葫蘆進行索的提升，將拉索吊拉到位后，將索體與索夾連接。

3.2.3 提索。

在搭設塔支架時，塔支架應沿柱軸線兩邊對稱位置，以方便放索和吊裝。

3.2.4 張拉牽引索。

調節張拉端錨具調節裝置，將鋼索盡量放長，以便于錨具與支座節點板相連。

在牽引千斤頂安裝就位后，即可實施張拉。在鋼索兩端開動油泵，基本同步張拉牽引索，將拉索提升。在提升過程中，以跨度中間的索夾位置為控制目標，在提升索體并接近各撐桿下端時，將一端的索頭就位。

開動桁架另一端的油泵，從索頭一端向另一端逐個將索體卡入索夾。

3.2.5 預應力張拉索。

3.2.5.1 施工張拉力。

考慮到錨固預應力損失，在理論施工張拉力的基礎上，超張拉至105%。

3.2.5.2 張拉原則和程序。

（1）分兩階段張拉：

第一階段先張拉主索（索1、索2、索3）；待第一階段張拉完畢后，第二階段張拉次索（索4、索5、索6）。

（2）每階段的張拉順序：

從兩側向中間榀對稱張拉，每次對稱張拉兩榀。

（3）單榀拉索兩端張拉：

張拉點設在索端。每榀有兩個張拉點。

（4）單次同步張拉的張拉點：

A.每次張拉時，對稱張拉兩榀，每榀兩端同步張拉，因此在第一階段每次同步張拉的張拉點有4個，在第二階段每次同步張拉的張拉點有4個。

B.為了保證單榀桁架下拉索張拉同步，要求張拉時兩臺油泵統一指揮，嚴格按照張拉控制原則中5級分步張拉，兩臺油泵步伐一致。共有4個千斤頂同時張拉，因此控制張拉的同步是保證結構受力均勻的重要措施。控制張拉同步有兩個步驟。首先在張拉前調整索體錨杯露出螺母的長度，使露出的長度相同，即初始張拉位置相同。第二在張拉過程中將每級的張拉力在張拉過程中盡量使千斤頂給油速度同步，在張拉完成每小級后，所有千斤頂停止給油，測量索體的伸長值。如果同一索體兩側的伸長值不同，則在下一級張拉的時候，伸長值小的一側首先張拉出這個差值，然后另一端再給油。如此通過每一個小級停頓調整的方法來達到整體同步的效果。

（5）分級張拉：

單次同步張拉過程分五級：0%->25%->50%->70%->90%->100%。

（6）施工張拉力：

根據總體施工方案和張拉順序，通過張拉全過程分析，確定每根拉索的施工張拉力，確保張拉完畢后所有索力均達到設計要求。

（7）拉索超張拉。

在理論施工張拉力的基礎上，超張拉5%。

3.2.5.3 拉索張拉控制原則。

實行力和形的雙控，其中以力的控制為主。

力的控制項目主要為索力，形的控制項目主要為跨中豎向位移。

3.2.5.4 拉索張拉完畢后，拆除網殼的支撐架。

3.2.5.5 張弦桁架安裝完成后，拉索的張拉端應保持為可調節的狀態，以便在需要的時候對拉索的拉力進行調整。

3.2.6 注意事項。

（1）為保證張拉力施加的準確性，千斤頂須進行標定。每個張拉點的雙千斤頂及其油壓表須配套標定。

（2）標定數據的有效期在6個月以內。嚴格按照標定記錄，計算與拉索張拉力一致的油壓表讀數，并依此讀數控制千斤頂實際張拉力。油壓表采用精密壓力表。

（3）千斤頂張拉過程中，油壓應緩慢、平穩，并且邊張拉邊旋轉連接螺桿或套筒。

（4）張拉過程中，每個張拉點由一至兩名工人看管，每臺油泵均由一名工人負責，并由一名技術人員統一指揮、協調管理。

（5）拉索張拉過程中應停止對張拉結構進行其它項目的施工。

（6）拉索張拉過程中若發現異常，應立即暫停，查明原因，進行實時調整。

4. 質量控制

4.1 分項工程檢驗。

4.1.1 預應力鋼絞線外觀檢查：表面不得帶有油污；不得有銹蝕，允許 有輕微的浮銹；不得有裂紋、毛刺和其它損傷；開卷后的鋼 絞線應自然伸直，Ⅱ級松弛鋼絲在弦長 1m 時其弦與弧的最 大自然矢高在不大于25 mm。

4.1.2 預應力鋼絞線抽樣復試：每60t 為一檢驗批，從中任意抽取3 盤， 每盤中抽取一根試件，本工程鋼絞線用量較少，隨機抽取 3 根（每根長度0.9m）復試檢驗屈服強度、抗拉強度和伸長率。

5. 結束語

山西體育中心體育館作為山西省目前綜合性體育設施，采用弦支網殼結構預應力張拉施工技術使單位工程面積用鋼量大大下降，它的建成和使用為我們施工積累了寶貴的經驗，也為同類型的工程建設提供了一個較為成功的典范。

參考文獻

[1] 《施工手冊》（中國建筑工業出版社 第四版）.

[2] 《無粘結預應力混凝土結構技術規程》（JGJ92-2004中國建筑工業出版社）.