不锈钢吊杆预应力施工工艺的应用

□文/康 鹏 孟昭辉 董建民

不锈钢吊杆预应力施工工艺的应用

□文/康 鹏 孟昭辉 董建民

天津站交通枢纽工程李公楼立交桥主桥设计首次采用中间带套筒式不锈钢吊杆。文中针对此类吊杆的具体设计形式，对其预应力施工工艺进行了认真研究。通过实际试张拉的方法，确定了只对上杆体进行超张拉，让下杆体在张拉过程中呈自由状态，最后通过套筒连接传递张拉力，达到上下整体杆体受力一致的方法。施工质量表明此种设计形式的吊杆张拉是吊杆预应力施工可行的方法。

不锈钢吊杆；张拉；预应力

工程概况

李公楼立交改建工程是天津站交通枢纽改造工程之一，新建桥梁主桥是一座三跨全钢结构坦拱桥，主桥上部钢结构为正交异性箱型梁，三拱梁上跨越京山铁路、京秦快速铁路和京津城际快速铁路，全桥9道钢拱肋采用81根中间带套筒不锈钢吊杆与桥面钢箱梁相连，这种中间带套筒不锈钢吊杆为天津市首次采用，规格分为φ55 mm和φ70 mm。

结构体系及难点分析

结构体系分析

由于主桥紧邻天津站交通枢纽，受下部铁路线路较多的影响，最终采用三跨连续坦拱钢结构形式，跨径布置分别为51 m＋55 m＋51 m，全长157 m。三跨拱高分别为7 m、10.5 m和7 m，矢跨比分别为1∶7.3、1∶5.2和1∶7.3。见图1。

由于钢拱高度有限，不能设置带锚头的缆索式吊杆形式（最短吊杆长度仅为2 m，普通缆索无法设置），综合结构体系受力及整体美观等因素，主桥全部采用不锈钢式拉杆，见图2。

吊杆端部均采用叉耳式构造，中部设置钢套筒，进行安装及张拉上下杆体长度调节，调节范围为±5 cm，全桥共81根吊杆，间距为4 m。吊杆杆体直径分为2种，中间道路中心线拱下吊杆为d=70 mm，其余两边侧均为d=55 mm，强度等级为725 N/mm。

钢吊杆难点分析

（1）缺乏类似工程先例。据调查，近年来钢拉杆结构形式在大跨度建筑物顶棚与码头船坞基础中应用较多，在大型桥梁设计中应用较少，尤其是中间带连接套筒不锈钢吊杆，在全国桥梁设计上还没有先例。工程施工缺乏类似工程成熟经验借鉴。

（2）安装精度控制。由于主桥及拱肋都为钢箱梁空间结构，而吊杆也为钢性拉杆，上下端连接为钢叉耳式连接，可调整余地很小，设计调节值仅为1 mm，故材料的加工精度及安装工艺对后期预应力的顺利施加起着很重要的作用。

（3）外部环境对体系转换的影响。李公楼立交桥下为京山铁路，铁路运输频繁，过往火车产生较大震动，对预应力张拉施工具有一定的影响。

预应力施工工艺

张拉顺序设计

全桥三跨共81根吊杆，对应三道拱线（X、Y、Z轴），每跨每轴线对应9根，张拉设计顺序为X、Y、Z轴同断面同时作业，以1#～2#跨中间Y轴编号为例，每轴顺序为①Y4、Y6；②Y5；③Y3、Y7；④Y2、Y8；⑤Y1、Y9；每跨共分5次，每次一个循环；张拉分三级加载。

吊杆张拉工艺设计

通过对设计吊杆形式分析，吊杆由上下两杆体及中间连接套筒组成，结合现场桥下铁路运输频繁，震动较大的具体施工情况，首先对预应力施工进行初步设计，不锈钢吊杆上下钢叉耳通过钢销轴与梁上吊耳安装到位，上下杆体通过套筒相连，保证杆体处于垂直状态；其后在吊杆杆件上安装张拉工装，分别在套筒周围安装三层固定托板（上杆体两层，下杆体一层）并用钢绞线穿连夹片锁固定，根据吊杆张拉力值，在上两层托板之间布置张拉千斤，张拉过程中随着千斤顶不断施力的同时用人工采用扳手将中间套筒及时拧紧。

吊杆张拉

（1）吊杆张拉前准备工作

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a安装。为了保证吊杆处于空间垂直状态，测量人员在纵梁上用全占仪测量出纵梁中心线，然后弹线；再用全占仪采用三角定位法，作垂线交差，在墨线上定出下吊耳点位并多次对吊耳上下点位进行复合，确保定位准确。在吊杆长度控制方面，测量人员采用全占仪无棱镜打距模式打出上下两吊耳的高差，与设计数据进行比较，如偏差较大再重新测量并使用钢尺实测实量进行复合，保证吊杆加工的长度与现场实际长度相符。将实测实量的数据提供给监控单位，监控单位人员再用理论数值与现场实际数值进行校核修正，确定吊杆加工长度。为了在安装张拉期间杆件表面不受磨损，吊具用软吊索吊带，在拉杆和工装之间安装保护垫以免杆件被磨损。在吊车作业区以外的钢拉杆，先用吊车吊至各作业区，人工进行水平运输，用手拉葫芦和吊装带进行吊装。

b工装准备。吊杆张拉工装需单独制作并分托板、卡板和钢绞线3部分，见图3-图5。

托板总共3个，每个托板由开块作成，钢板采用30 mm厚，每块尺寸150 mm×500 mm，内边开半圆孔，半径有3.5 cm和2.8 cm两种，每块托板上留2个孔。钢绞线采用1 860 MPa高强度型，直径15.2 mm，长度由张拉工装需要而定，钢绞线通过锚具夹片固定。

c张拉设备。根据张拉力大小，张拉设备采用HPS50/500型液压千斤顶和HPS20/200型液压千斤顶配HPS70-2型高压油泵（用于对400 kN以上张拉力值的钢拉杆进行张拉）及200 kN千斤顶配RC油泵（用于对400 kN以下张拉力值的钢拉杆进行张拉），设备投入运行之前，由具有测量资格的计量单位进行配套标定并试运行，使设备处于良好状态。

d监控准备。在吊杆张拉前，监控单位应根据现场桥梁实际荷载情况，用计算机数值模拟计算确定吊杆张拉顺序及张拉力值，全桥81根吊杆张拉最大值是797 kN，最小值是104 kN。监控单位在现场按照张拉顺序，对所准备张拉的吊杆提前安装传感器并测出张拉前的监控初始值，见图6。

（2）试张拉。各项准备完成后开始试张拉，试张拉杆体为Y24，监控设计张拉力为658 kN，经张拉油表换算控制力为36.4 MPa，随着千斤顶不断施加压力，操作人员用活动扳手对套筒边进行拧紧，当张拉油表值上升到12 MPa时，开始出现套筒无法再拧的情况，张拉不能再继续进行下去，张拉力值没有达到设计要求并且吊杆丝扣也有损坏的现象，需要回厂返修，经研究分析情况如下。

b不锈钢的化学成分与其他材质不同，不锈钢粘度大，造成死扣现象。

（3）工艺改进。对第1次试张拉出现问题进行分析，由于不能采用边张拉边同步拧套筒的形式，张拉只能从单根吊杆着手。通过工艺调整，决定张拉控制采用对上杆体超张拉，通过套筒联系，预应力放张达到上下杆受力一致。这样可以避免套丝无法拧进的问题，将套筒预先上旋至上杆体位置，原下吊杆张拉工装下层托板取消，固定位置转移到桥面板上（张拉前在桥面板吊耳周围对称焊接工艺吊装板），每组对称临时焊板中间穿20 mm钢板（尺寸为15 mm×500 mm），钢板两端留直径2孔。见图7。

下杆体不穿销轴使其呈自由状态，然后对上杆体施加压力，达到计算所需力值后再拧紧套筒，穿上销轴。由于张拉期间，下杆体自由，为了最终达到整个杆体要求力值，对上杆体张拉力以超张拉形式控制，超张拉数据根据监控计算，控制在110%～115%。

（4）第2次吊杆张拉。试张拉杆体仍为Y24，监控设计张拉力100%为658 kN，经张拉油表换算控制力100%为36.4 MPa；超张拉采用115%，监控设计超张拉力为756.7 kN，张拉油表换算超张拉控制力为41.9 MPa。

首先在钢梁上暂时焊接临时耳板，然后将套筒向上杆体拧，下杆体不穿销轴使其呈自由状态，再对上杆体通过张拉设备施加压力，根据监控传感器和张拉油表读数反映，张拉油表达到要求控制的超张拉力值41.9 MPa后，下杆体与下耳板间穿上销轴，再拧紧上下杆体中间连接套筒，此时对张拉千斤进行回油卸力，这样通过钢绞线松弛，张拉力就传递至吊杆，静止3 min传感器读数为2 738 Hz，经对应公式计算，传感器测得力值为663.2 kN，基本与确定的控制张拉力658 kN吻合，这表明此张拉预应力双向控制都达到要求，按照此工艺超张拉放张完全可以达到设计要求力值。在张拉过程中设专职人员进行吊杆张拉数据的记录，经实际操作证明此方法可行并且达到张拉力值，套筒丝扣也无损坏现象。

质量控制及检验

经过工艺改进，吊杆张拉从技术上能达到设计张拉力值，从施工上没有出现影响施工操作的问题，全桥81根吊杆都按照改进后工艺实施，连续进行4 d。全部张拉完成24 h后，经过传感技术检验，张拉力值都稳定在设计要求值内。

以Y-24张拉杆体记录为例，吊杆张拉完成值见表1。

表1 吊杆张拉完成值检测表

结语

通过此次对中间带套筒式不锈钢吊杆张拉的施工证明，改进后的张拉工艺先让下杆体在张拉过程中呈自由状态，只对上杆体进行超张拉，最后通过套筒连接传递张拉力，达到上下整体杆体受力的方法是完成此种设计形式的吊杆张拉可行的方法，为今后类似中间套筒形式杆体的张拉提供一定的施工技术经验。

[1]天津市市政工程局.道路桥梁工程施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]陈阶亮.多跨系杆拱桥加载程序及系梁、吊杆张拉顺序研究[J].施工技术，2007，36（12）：84-86.

□孟昭辉/天津市建设投资有限公司。

□董建民/天津六市政公路工程有限公司。

U445

C

1008-3197（2010）01-42-04

2010-02-03

康 鹏/男，1982年出生，助理工程师，天津城投建设有限公司，从事建设工程技术和质量管理工作。