大跨空间钢结构预应力施工技术分析

梅世霞

首钢水城钢铁（集团）赛德建设有限公司 贵州 六盘水 553000

目前，大跨空间预应力钢结构正得到越来越广泛的应用，但其不仅形式多种多样，而且力学特性存在明显差异，工程施工条件及特点基本无一相同，所以要以结构形式及工程特点为依据，采用合理可行的技术措施。

1 拉索的制作

对于拉索制作，除了要满足现行规范相关要求，还应采用有效技术措施，符合安装及张拉施工要求，以确保张拉后的成型质量。

索长的制作需要以张拉过程中的弹性变形及节点位移为依据来确定，并采用调节装置对误差及间隙进行调整。施工单位向制作方提供的长度应包含：调节量，表示为Ac；制作索长，表示为Lc；索长张力，表示为Nc；索长温度，表示为Tc。对于制作索长，一般按照三种方式进行提供，分别为初始状态、零状态与无应力状态。其中，初始状态即以初始的位形为依据来确定，Nc和初始状态时的索力相等；对于零状态，即以零状态的位形为依据来确定，Nc和等效预张力相等；对于无应力状态，即以虎克定律为依据来确定索长，将有应力状态下的索长换算成无应力状态下的索长，其索长张力此时为零。初始状态下与零状态下的索长均属有应力索长，一般予以优先考虑。如果无法满足要求，需按照无应力长度一致等基本原则，调整索长及张力[1]。

拉索制作完成后，其长度的允许误差为：对于钢绞线、钢丝束与钢丝绳索，如果成品长度小于100m，则误差不能超过20mm，如果成品长度大于100m，则误差不能超过成品长度的1/5000；对于钢拉杆，如果杆体长度不超过5m，则允许误差为±5mm，如果杆体长度在5-10m范围内，则允许误差为±10mm，如果杆体长度超过10m，则允许误差为±15mm。

拉索组装完成后，开始超张拉试验。其试验力为设计荷载120%-140%，也可确定为破断荷载的45%-60%。完成超张拉以后，锚板的实际回缩量必须控制在5mm以内，索体与锚具间的压接位置不能产生滑移。

2 拉索的安装

2.1 基本要求

（1）以结构特征、控制位置、安装方案为依据，确定合理可行的安装施工方案。

（2）在进行拉索安装以前，需要对对钢构做如下检查与验收，确认合格后才能开始安装：节点质量和焊接与螺栓连接质量；在安装拉索之后，一般很难进行施工与验收，需在安装前进行施工与验收；针对直线索，安装前，需对直线度进行检查，要求不超过1/1000。

（3）如果在安装拉索以前，和拉索连接的钢构无法保持稳定，则不可进行安装。若强行安装，需要采用合适的支撑结构，形成稳定体系，并且要在松弛的情况下进行安装，此外还要以节点拉力为依据对承载力进行验算，对节点位移进行严格控制。

（4）所有运输到现场的拉索都要按照相关规范及标准进行检查，未经检查和检查结果不合格的，一律不得在施工中使用。

（5）在进行拉索安装时，需要采取有效措施确保弯曲直径不小于索体直径20倍，并且在弯曲后，外形不能有太大的变化。

（6）拉索的安装通常穿插于钢结构整体安装施工中，即伴随安装流水进行施工。

（7）使用起重机进行安装施工时，拉索应整体吊装，拉索的绑扎应达到牢固，防止索体散开；如果拉索要进行展开吊装，则应采取有效措施防止索体与锚具产生晃动。

（8）针对主动张拉索体，需尽可能的放长调节装置，以此有效减小牵引力。

2.2 平索安装

因拉索的抗弯刚度相对较小，所以平索完成展开之后，对其进行提升，是安装施工的主要难点。此外，在平索安装过程中，线形为悬链线，垂度较大，和张拉成型以后的线形有较大的差异。因垂度较大且调节量有限，所以很难对节点和索头进行连接，并且索体还会对索头产生水平方向上的拉力，这也是安装施工主要难点。对此，在实际工程中，以结构形式为主要依据，分别采用以下安装工艺：两端同时牵引、多点整体提升、设置轨道索等，以此在没有支架与起重机的情况下实现快速其稳定的安装[2]。

2.3 斜索安装

对于斜索，它主要具有以下特点：斜索处在钢构上部，两端存在很大的高差，上部索头的位置相对较高，而且属于典型的直线索。对此，其安装和平索安装会有很大的不同。因斜索处在钢构的上部，无法在地面上先展开再进行安装，而且在钢构上也很难直接展开施工，长度与重量均较大的斜索在安装时会有很大的困难。施工中，以索体结构形式为依据，采用一端牵引工艺与天轮循环工艺，以此在没有支架等条件下，快速完成安装施工。

3 拉索的张拉

张拉为拉索施工主要工序，其他所有工序都为张拉服务，并且锚具的形式与节点构造也要满足拉索张拉具体要求。现围绕以往工程经验，提出张拉时必须满足的要求。

和拉索连接的构造、锚具都应满足张拉要求。在方案制定的过程中，施工单位应予以核实。如果无法满足要求，则要由施工单位提出相应的构造措施，并由设计单位、建立单位进行确认。

（1）在张拉开始前，应做好施工分析，确定相应的施工方案，包括张拉方法、张拉顺序、张拉长须、张拉力和控制项目，为正式的张拉施工做好准备。

（2）如果拉索需要分批次进行张拉，则要对张拉索力影响进行充分考虑和分析。应在对最终的设计状态没有影响的基础上，采用技术措施减小或避免不利影响，减少张拉的次数，确保成型后索力和设计完全相符[3]。

（3）在进行张拉之前，对索长误差进行调整，将主动张拉索完全预紧。

（4）在正式进行张拉作业前，需要做好下列各项工作：其一，搭设作业平台，这一平台需要和结构相脱离，对结构的张拉变形不能有直接影响；其二，张拉之前结构所处状态需要和方案要求完全一致，如不一致，则不允许张拉；其三，对有碍张拉变形的所有支撑，都需在张拉之前实现主动脱空，其距离需要确保对张拉变形没有影响；其四，清除钢构上重量较大的吊挂物，以免对张拉过程中的结构状态造成影响；其五，千斤顶与油压表需要在试验单位完成标定，同时要配套使用。

（5）所有和张拉有关的工装和部件承载力都应达到张拉力1.3倍以上。

（6）张拉前，在地面上进行工装组拼，然后再开始试张拉。通过试张拉，能确定适宜的施工参数，保证施工质量。检查确认所有部件及机具均合格后，即可开始正式张拉施工。

（7）为有效弥补预应力损失，建议进行超张拉。对于超张拉的比例，需要以调节装置为依据来确定。当拉索长度大于60m时，可不进行超张拉，当拉索长度小于60m时，需以调节装置为依据确定比例，拉索较长时取低值，拉索较短时取高值；当调节装置采用旋紧套筒时，需进行3%-5%的超张拉。当调节装置采用旋紧螺杆时，需进行1%-3%的超张拉。当调节装置采用旋紧螺母时，可不进行超张拉。

（8）如果千斤顶与油泵有很大的高差，油压表需要进行调整，弥补由于高差造成的差异，也可在进油口处设置油压表。

（9）若施工时的风力超过5级，或在雨雪天气下，环境温度超过50℃或在-5℃以下，则不允许进行张拉施工，否则将产生安全隐患。

（10）以标定记录为依据，将张拉力换算成控制油压表的数值，按照这一数值进行拉索的张拉施工。

（11）在张拉的同时对调节装置进行旋紧，确保张拉时拉索和节点始终保持可靠连接，防止因张拉工装或机具设备失常导致安全事故。

（12）张拉必须按照方案进行，如果需要对方案进行变更，则要得到所有相关单位的合适与确认。

（13）在张拉过程中，需对结构发生的变形进行同步监控，以相关控制项目为依据，监督并严格控制整个张拉过程[4]。

（14）单次张拉完成后，实际索力和理论张拉力之间的误差要控制在5%以内；在结构张拉成型以后，实际索力和理论索力之间的误差应控制在10%以内，同时变形量误差要控制在15%以内。

4 结束语

综上所述，拉索施工需要在结构形式分析与施工中，明确结构的主要特点、施工状态与相关施工参数，同时从最初的分析制作，到张拉施工，达到协调一致，将张拉作为核心，对节点构造和索头形式进行分析和制作。