兩連跨張弦桁架整體吊裝與同步張拉施工技術

金 振 盧新民 熊昱棟

1.廣廈建設集團有限責任公司 浙江 杭州 310012；2.寧波建工建樂工程有限公司 浙江 寧波 315020

張弦桁架是由剛性桿件和柔性拉索組合而成的一種新型自平衡、大跨度預應力空間結構體系。兩連跨張弦桁架（圖1）可看成是由兩跨單跨張弦桁架組合而成，因此既有單跨張弦結構的特點，又有兩跨連續梁的結構優勢，被廣泛應用于大跨度的空間結構中[1-2]。

圖1 兩連跨張弦桁架軸測示意

1 總體施工方案

張弦桁架由抗彎剛度較大的剛性構件和高強度拉索組成，通過對下弦鋼拉索施加預應力，使張弦桁架成為一種空間預應力結構體系。預應力張拉完成前，張弦桁架的結構剛度非常弱，對結構吊裝的要求很高，特別是兩連跨張弦桁架，張拉施工對整體結構狀況的影響很大，任何一跨的張拉都對其他跨有較大影響，因此必須兩跨同步張拉。

預應力施工是確保張弦桁架結構正常工作的關鍵所在，采用“地面胎架拼裝，拉索初次張拉，單榀整體吊裝，空中二次兩跨同步張拉”的施工方法。首先在現場搭設拼裝胎架，將桁架在胎架上拼裝焊接，然后進行預應力初次張拉，再將桁架整體吊裝到位，最后進行預應力二次張拉，二次張拉時采用兩跨同步張拉。第1次張拉在單跨張弦桁架地面拼裝完成后進行，以吊裝就位后的支座條件控制支座反力和支座水平位移最小作為張拉力控制的原則。在溫度縫間所有張弦桁架、檁條和支撐形成整體后，對相連的兩跨張弦桁架同時進行第2次張拉。第2次張拉采用兩跨同步張拉的方法，使兩跨結構的體形能夠協調一致。

2 施工技術

2.1 施工工藝流程

胎架搭設→胎架復核→張弦桁架拼裝→拉索安裝→預應力初次張拉→張弦桁架單榀整體吊裝→二次兩跨同步張拉→封錨并拆除支撐架

2.2 胎架搭設

張弦桁架采用將弦桿站立在胎架上立接，由于張弦桁架呈弧形，故將張弦桁架吊裝到胎架上立接，確保張弦桁架的初始結構尺寸，能夠減小胎架對初次預應力張拉的影響，而且可以直接吊裝桁架，減少了桁架翻身的工序。根據張弦桁架的整體質量和桿件的質量，可采用傳統的鋼支撐組拼胎架，必要時設置纜風繩加固。胎架應根據桁架跨度、高度、質量等因素綜合確定，胎架高度最低處一般為1.3 m。在胎架搭設（圖2）的位置采用現澆混凝土或基箱板拼接的方法形成一個剛性平臺，在剛性平臺上進行測量放線，平臺要有足夠的剛度，否則平臺沉降會影響胎架的幾何尺寸。

圖2 胎架搭設

2.3 胎架復核

胎架搭設完成后必須進行驗收，合格后方可使用。為了保證胎架結構尺寸的準確性，每次胎架使用后，必須重新對其進行驗收，符合要求后才能再次使用。由專門的測量人員對剛性平臺與胎架進行沉降觀察，如有情況應及時通知施工技術人員進行修整完善。

2.4 張弦桁架拼裝

按照從下弦到上弦再到腹桿的順序進行桿件拼裝，先拼裝桁架中間部分的桿件，再往桁架兩端進行拼裝，桁架剛性桿件拼裝完成后再進行拉索的安裝。桁架弦桿鋼管與鋼管之間的對接，在鋼管內部設置內襯管，鋼管就位后，調緊對接器，主管之間采用電焊固定。桿件在胎架上拼裝調整到位后用φ48mm鋼管進行臨時固定。監測各基準點和桁架外形線的實際位置，精確調整并達到誤差要求后，對桁架構件進行固定，焊接完成除拉索外的整榀桁架。

2.5 拉索安裝

在預應力拉索安裝（圖3）過程中，應盡量使索保持直線狀態，預應力索較長時，借助倒鏈進行牽引安裝。開盤放索前將索盤放置在桁架的一端，由倒鏈將拉索從一端牽引到另一端，牽引時盡可能保持均衡的速度，使拉索處于受拉狀態，避免時快時慢。在放索的地面上設置保護板，一方面可保護拉索，避免拉索受到磨損，另一方面可減小摩擦力，加快拉索牽引速度。

圖3 安裝拉索

2.6 預應力初次張拉

根據設計和預應力工藝要求的實際張拉力采用相應的張拉設備，包括千斤頂和配套油泵，并對千斤頂、油壓傳感器進行標定。單榀張弦桁架在地面胎架上拼裝完成以后，對桁架拉索進行預應力初次張拉，采用一端張拉工藝進行施工，初次張拉應力一般取設計初始預應力的30%～40%，分3小級完成，張拉控制采用雙控的方法進行。

2.7 單榀整體吊裝

張弦桁架吊裝前搭設支撐架，并在支撐架上安裝爬梯，支撐架頂部下掛吊裝操作平臺，操作平臺由角鋼焊接而成，專用掛鉤掛設在支撐架頂部的橫梁上。由于張弦桁架單榀質量較大，需履帶式起重機才可以負荷行駛，因此一般采用履帶式起重機進行張弦桁架的吊裝，吊裝時采用四點吊裝法（圖4），避免桁架在吊裝過程中發生較大的變形。張弦桁架吊裝到設計安裝高度后將桁架穩定下來，然后將桁架與支座進行銷接固定，先固定張拉端，再固定非張拉端。張弦桁架吊裝到位以后采用纜風繩和支撐架進行臨時固定。相鄰2榀張弦桁架全部吊裝到位以后，馬上進行連接桿件的安裝。根據工程情況，至少4榀張弦桁架連接成為一個整體，然后對這一個整體的桁架進行二次張拉。

圖4 張弦桁架吊裝示意

2.8 二次兩跨同步張拉

張弦桁架采用兩跨同步張拉法，張拉到100%張拉控制應力值后超張拉到103%張拉控制應力值，穩定持荷2 min以后再錨固拉索。張拉控制采用雙控的方法，以拉索變形伸長值的控制為主，張拉端分別選擇在兩連跨張弦桁架的兩端（圖5）。

為保證兩跨桁架同步張拉、同步均衡受力，要先保證兩端的初始張拉位置一致，其次，預應力張拉時要保證操作時間同步、張拉速度同步。為了提高兩跨張拉的同步性和均衡性，將張拉過程再分為5小級，每個小級張拉完成后都要進行拉索變形伸長值的測量，如有誤差則在下一級張拉時進行調整，確保預應力張拉的整體同步。安裝完成所有張弦桁架后進行局部索力微調，最后同時拆除剩下支撐架。

圖5 張拉示意

3 施工監測

通過施工監測了解張弦桁架預應力張拉的情況，檢驗桁架受力狀況與設計要求的吻合度。對張弦桁架進行施工監測一般有拉索應力、構件變形和支座位移等的內容。

1）拉索應力監測：對張弦桁架的拉索進行應力監測，保證千斤頂的張拉力能有效傳遞給拉索，使拉索的受力情況符合設計要求。

2）構件變形監測：在每一榀桁架上都布置反拱變形監測點（圖6），監測結果真實地反映張弦桁架鋼構件的變形情況。

圖6 反拱變形監測點布置

3）支座監測：為了避免施工過程中突發異常情況，需要對支座進行應力監測，特別是當支座是鋼管混凝土柱時更應該加強監測，因為鋼管混凝土柱為懸臂柱結構，這種懸臂結構對懸臂端的位移和外力比較敏感。支座監測采用振弦式應變計監測。

4）張拉過程中的預警：當拉索應力、結構變形與計算狀態相差過大時，應停止張拉，報請監理和設計單位，找出原因后再重新進行預應力張拉。

4 質量控制

鋼構件進場后，按貨運單檢查所到構件的數量及編號是否相符；按施工圖紙和生產加工廠家提供的質檢報告單，對進場構件的規格型號、質量偏差等進行驗收。質量檢查合格并經簽章確認后，方可使用該批鋼構件。拉索進場后卸車用吊機裝卸，鋼絲繩與拉索接觸點用硬物隔開。拉索放開時其外包裝先不剝落，等拉索安裝完成后再剝落。施工時必須嚴格按照焊接工藝文件的要求進行焊接施工，認真清理表面的熔渣及兩側飛濺物，并在完成焊接24 h之后對焊縫進行探傷檢驗。嚴格按照“地面胎架拼裝，拉索初次張拉，單榀整體吊裝，空中二次兩跨同步張拉”的方法進行施工。單榀桁架拼裝時遵循“先中間桿件，后兩端桿件”的對稱施工方法，消除誤差積累，提高拼裝精度。

5 工程應用

銀川火車站工程位于寧夏回族自治區銀川市，由站房、站臺雨棚、進站天橋3部分組成，建筑面積分別為29 995、38 294、5 866 m2。站臺雨棚在中央被高出的進站天橋分為南北2個部分，兩連跨的張弦桁架跨度分別為44.4、41.0 m，南北向柱間跨度除一跨為24 m外，其他均為21 m。站臺雨棚主要結構為兩連跨的張弦桁架，雨棚由Y形柱支撐。張弦桁架的主要構件為圓鋼管和平行鋼絲束，其中上弦部分最大管徑為φ530mm×14mm；下弦部分為強度級別1 670 MPa的雙PE高強度平行鋼絲束，截面為φ5mm×151、φ5mm×139。該工程兩連跨張弦桁架采用“地面胎架拼裝，拉索初次張拉，單榀整體吊裝，空中二次兩跨同步張拉”的施工方法，對兩連跨張弦桁架施工進行模擬吊裝（圖7），減小了張拉施工對相鄰跨桁架索力的影響，確保了質量與安全，加快了施工進度，經濟效益明顯，圖8為竣工后的站臺雨棚。

圖7 模擬吊裝

圖8 竣工后的站臺雨棚

6 結語

張弦桁架是一種新型自平衡、大跨度預應力空間結構體系，由抗彎剛度較大的剛性構件和高強度拉索組成。兩連跨張弦桁架具有單跨張弦結構和兩跨連續梁的結構優勢，充分利用了拉索受拉的優越性能，能適用于更多、更大的空間結構，兩連跨張弦桁架與單跨張弦桁架相比，可節約1/4的工程造價。采用二次張拉、兩跨同步張拉的施工方法，能夠在桁架吊裝就位后進行變形調整，減小張拉施工對相鄰跨桁架索力的影響，有利于桁架的整體變形協調一致，確保了工程施工精度，提高了工程的科技含量。