大跨度張弦拱桁架拉索施工工藝

龐云濤，李 賓

（天津熙貝眾合預(yù)應(yīng)力工程有限公司，天津 300382）

火力發(fā)電廠、港口碼頭、煤礦、冶金、焦化等企業(yè)露天煤場(chǎng)在作業(yè)和堆場(chǎng)過(guò)程中，遇到大風(fēng)天氣會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵，不僅造成大量的物料損失，而且破壞生態(tài)環(huán)境，影響人類的健康[1]。目前，全國(guó)各地都出臺(tái)了相關(guān)文件，要求煤場(chǎng)實(shí)施全封閉。煤場(chǎng)封閉工程一般結(jié)構(gòu)大跨度，張弦拱桁架作為一種新穎的鋼結(jié)構(gòu)形式，自重輕，跨度大[2]，特別適合應(yīng)用在煤場(chǎng)封閉改造工程中。

預(yù)應(yīng)力拉索根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的施工方法主要有兩種方案：

1）對(duì)跨度較小的桁架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在胎架上整體拼裝完成后，預(yù)應(yīng)力拉索在胎架上進(jìn)行施工，拉索施工完成后隨鋼結(jié)構(gòu)整體吊裝到結(jié)構(gòu)部位；

2）鋼結(jié)構(gòu)在高空中采用原位分段拼裝的方法，預(yù)應(yīng)力拉索采用多臺(tái)吊車配合的方法進(jìn)行掛索施工[3]。

以上兩種方案對(duì)工程環(huán)境均有嚴(yán)格的要求，即鋼結(jié)構(gòu)下方需要有足夠大場(chǎng)地進(jìn)行胎架的搭設(shè)或有能滿足吊車和吊車臂桿移動(dòng)的空間。而多數(shù)煤場(chǎng)改造工程結(jié)構(gòu)下方都有堆煤和大型機(jī)械，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間滿足吊車操作要求。本文以煤場(chǎng)改造工程為背景，對(duì)大跨度張弦拱桁架預(yù)應(yīng)力拉索施工進(jìn)行研究，在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，最終形成一套低成本、高效率，適用于結(jié)構(gòu)下方?jīng)]有足夠空間的大跨度張弦拱桁架預(yù)應(yīng)力拉索施工工藝。

1 工程概況

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司球團(tuán)料場(chǎng)A、B兩個(gè)料條需進(jìn)行封閉，封閉長(zhǎng)度為650 m，跨度為245 m，為一跨、中間無(wú)柱管桁架形式，外鋪設(shè)彩鋼板。245 m跨采用兩端鉸支的拱桁架，張拉段為空間三角形圓管桁架，非張拉段為三角形圓管桁架。為減小拱腳推力，在滿足斗輪機(jī)操作空間要求的前提下，在約37.2 m標(biāo)高處設(shè)置一道189.2 m長(zhǎng)的平衡拉索。拉索為?7 mm×91 mm半平行預(yù)應(yīng)力鋼絲束，整個(gè)封閉罩棚共布置40道預(yù)應(yīng)力拉索，各桁架的布置間距為15.9 m。見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 封閉罩棚三維透視布置

圖2 預(yù)應(yīng)力拉索立面布置

單跨張弦拱桁架結(jié)構(gòu)跨度達(dá)245 m，預(yù)應(yīng)力拉索長(zhǎng)為189.2 m，質(zhì)量達(dá)6.9 t（含索頭），如此大跨度的鋼結(jié)構(gòu)只能在高空中完成拼裝，增加施工的難度和危險(xiǎn)性。如何保證安全，同時(shí)能夠低成本、高效率的完成施工是本工程的重點(diǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)的制作拼裝精度，直接影響到后續(xù)預(yù)應(yīng)力拉索安裝、張拉等工序能否正常進(jìn)行，因此確定一套適用度廣，能靈活應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工條件的拉索施工工藝及施工過(guò)程中相關(guān)設(shè)備、工具的選用、施工工裝的設(shè)計(jì)是本工程的施工難點(diǎn)。

2 仿真模擬

張弦拱桁架跨度大，在支撐架上按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行拼裝，拼裝完成后向前滑移一榀的距離，安裝此桁架預(yù)應(yīng)力拉索的同時(shí)，繼續(xù)在騰空的拼裝支撐架上進(jìn)行下一個(gè)拱桁架拼裝[3]，兩榀拱桁架作為一個(gè)張拉單元，兩個(gè)拱桁架之間在張拉前只是將端部和距端部最近的縱向桁架相連，中間的縱向桁架需等兩榀桁架均張拉完畢后再相連，重復(fù)此過(guò)程直到所有桁架均拼裝完成。

預(yù)應(yīng)力拉索和鋼構(gòu)件是結(jié)構(gòu)中重要組成部分，它們的施工需緊密配合，以保證張弦拱桁架施工的安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性、快捷性[4]，因此施工前需采用Midas軟件軟件對(duì)拱桁架的拼裝、吊裝及預(yù)應(yīng)力拉索張拉等過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)仿真計(jì)算分析，使得構(gòu)件在拼裝和就位過(guò)程中能同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)的位移和構(gòu)件的內(nèi)力進(jìn)行雙控制并最終確定每道預(yù)應(yīng)力拉索的實(shí)際張拉力值，使得結(jié)構(gòu)受力更加精確。

3 主要施工步驟

3.1 滑道輔助掛索

由于該項(xiàng)目張弦拱桁架的拉索長(zhǎng)而重，呈魚腹?fàn)頪5]，為減少與桁架下部結(jié)構(gòu)的干擾，采用滑道輔助、卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊車配合的方法進(jìn)行掛索。

1）對(duì)鋼絲繩及鋼絞線性能及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行綜合分析后，最終選用常見(jiàn)的1 860級(jí)?15.2mm鋼絞線作為輔助滑道，作為滑道的鋼絞線長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)，為后續(xù)放張循環(huán)使用留出余量，本工程掛索鋼絞線長(zhǎng)度確定為300 m。

2）單根1 860級(jí)?15.2mm鋼絞線最大承受質(zhì)量為26 t，該工程索質(zhì)量約為7 t，初始固定鋼絞線滑道并保持其呈水平狀態(tài)時(shí)，需對(duì)鋼絞線施加一定力。考慮各種不利因素并留有足夠的安全儲(chǔ)備系數(shù)，最終確定選用2根鋼絞線同時(shí)作用，即2根鋼絞線之間互相交錯(cuò)設(shè)置吊點(diǎn)，保證2根鋼絞線受力均勻。

3）掛索前，采用小噸位千斤頂對(duì)滑道鋼絞線進(jìn)行張拉預(yù)緊，初拉力約80 kN，使掛索滑道保持順直。

4）在拱桁架一側(cè)設(shè)置專用放索盤，另一側(cè)固定卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)提前牽引鋼絲繩到放索盤一側(cè)，掛索前將兩端索頭絲扣長(zhǎng)度調(diào)到最大。

5）放索盤側(cè)用吊車配合，將索頭一端提升到安裝高度后,將索頭與卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引鋼絲繩連接,將索從結(jié)構(gòu)的一端向另一端移動(dòng)。

6）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定拉索每移動(dòng)約7 m左右，在滑道上掛滑輪將拉索進(jìn)行懸掛，每道拉索共計(jì)布置26個(gè)吊點(diǎn)，滑輪在2根鋼絞線上交替懸掛，增加施工安全系數(shù)。

7）將索體牽引到結(jié)構(gòu)另一端,安裝該端索頭銷軸。索頭的安裝是拉索施工中的難點(diǎn)：受鋼結(jié)構(gòu)的拼裝和安裝精度影響，銷軸孔距索頭往往還有一段距離，施工時(shí)一般有兩種方法解決：方法一是在定制成品索時(shí)，直接在廠家定制幾根不同長(zhǎng)度索頭連接桿或者加長(zhǎng)成品索頭絲扣調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，快速應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件拼裝精度對(duì)掛索的影響；方法二是給索施加一定初始力，將索拉緊到結(jié)構(gòu)安裝位置，再安裝該端索頭銷軸。方法一簡(jiǎn)單快捷，但施工成本提高；方案二不需要額外增加成本，只是掛索時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，但由于鋼結(jié)構(gòu)本身拼裝需要較長(zhǎng)時(shí)間，只需在構(gòu)件滑移前完成拉索安裝張拉即可，這段時(shí)間的增加不影響其他工序的施工，因此更加經(jīng)濟(jì)。綜上，該項(xiàng)目施工中采用方法二進(jìn)行另一端索頭的連接。

8）另一端索頭連接時(shí)，傳統(tǒng)倒鏈配合拖拽的方法根本無(wú)法拉動(dòng)如此大跨度的拉索，經(jīng)多次實(shí)踐研究，最終采用自制掛索工裝，配合張拉工裝一起使用，最終完成掛索安裝。見(jiàn)圖3。

圖3 掛索安裝

9）掛索滑道多次使用過(guò)程中，要注意觀察固定鋼絞線滑道夾片的卡牙深度并定期進(jìn)行更換，防止夾片咬不住鋼絞線，造成鋼絞線脫落，引起安全事故。

3.2 拉索張拉

3.2.1 張拉工裝設(shè)計(jì)

由于索長(zhǎng)達(dá)189.2 m，為保證結(jié)構(gòu)受力均勻，對(duì)各拱桁架的拉索確定為采用兩端對(duì)稱張拉的施工工藝。

索頭兩端均為叉耳式，傳統(tǒng)施工中大多采用在索頭連接處焊接張拉耳板，配合張拉夾持工裝進(jìn)行拉索張拉。此種施工方法需要索頭端部有足夠的焊接空間且張拉完成后還需將張拉耳板進(jìn)行切除恢復(fù)，施工繁瑣，焊接工作量大，浪費(fèi)材料。

為簡(jiǎn)化施工過(guò)程，經(jīng)研究，本工程采用U形圓鋼配套夾持工裝作為張拉固定措施。見(jiàn)圖4。

圖4 張拉工裝

3.2.2 張拉操作要點(diǎn)

1）根據(jù)仿真模擬，各拱桁架中最大張拉力約為1 480 kN，兩端共4臺(tái)100 t千斤頂，對(duì)桁架拉索進(jìn)行對(duì)稱張拉。

2）拉索張拉時(shí)采用索力與變形雙控且以變形控制為主，如果施加預(yù)應(yīng)力過(guò)程中，拉力沒(méi)有到位，桁架結(jié)構(gòu)變形超過(guò)設(shè)計(jì)允許范圍即停止張拉并記錄實(shí)際索力及結(jié)構(gòu)變形值。

3）拉索張拉時(shí)采用分級(jí)加載的方法，按40%→60%→80%→100%分級(jí)張拉至給定張拉力值。

4）由于張拉設(shè)備組件較多且為高空作業(yè)，在進(jìn)行安裝時(shí)必須小心安放，使張拉設(shè)備形心與拉索重合，以保證預(yù)應(yīng)力拉索在張拉時(shí)不偏心。

5）開(kāi)始啟動(dòng)油泵、千斤頂進(jìn)行張拉，張拉千斤頂要緩慢加載，控制給油速度，給油時(shí)間不應(yīng)少于0.5 min，給油過(guò)程中及時(shí)旋緊調(diào)節(jié)螺桿。

6）張拉過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)起拱變形高度，量測(cè)調(diào)節(jié)螺桿的外露長(zhǎng)度并做好記錄。

4 結(jié)論與建議

1）通過(guò)仿真分析，可以簡(jiǎn)化施工過(guò)程，減少拉索拉力調(diào)節(jié)次數(shù)。

2）采用鋼絞線作為滑道輔助進(jìn)行掛索，不受施工場(chǎng)地限制，不需要全程吊車配合，適用范圍廣。

3）本工藝省去單獨(dú)展索的施工工序，可以在展索的同時(shí)進(jìn)行拉索的安裝，提高施工效率。

4）擯棄傳統(tǒng)耳板的張拉固定方式，采用U形圓鋼替代，減少了焊接工作量及耳板材料浪費(fèi)，使得施工更加靈活方便。□■