集群張拉體系在STRACH構造物成型施工中的應用

向寶城，秦立方，孫長軍

柳工集團柳州維姆工程有限公司，廣西柳州 545005

1 STRACH結構簡介

STRACH結構是一種新型的整體張拉鋼桁架結構，由連續拉索和不連續壓桿通過特定的組合——張拉——成型，最終形成一個自平衡、自支撐的穩定構造物,其專利創始人為澳大利亞的CR.B.Fuller和D.C.Emmerich,A.pugh。

成型的STRACH結構整體上與普通的桁架結構無異，由上、下弦桿和腹桿構成，但其具體組成、成型過程與普通桁架有著本質的區別：

1）STRACH結構中，桁架的上弦桿是一整根方形鋼管，并向兩側延伸成為斜柱的組成部分。下弦桿包括兩側斜柱上的一段方管和中間部位的圓管構成，每榀下弦桿內布置有張拉索。腹桿均為圓鋼管，腹桿節點為轉動節點。普通桁架結構按照使用狀態的形狀搭建、拼裝，桿件之間互相鉸接；

圖1 STRACH結構成型前實景照片

圖2 預留的伸縮縫

2）STRACH結構的主受力件是由剛性梁、柔性梁、張拉索構成的桁架，STRACH結構的構造物由若干榀桁架組成。每榀桁架的剛性梁分布在結構的兩端，即斜柱部分，其一側的下端用銷軸與基礎鉸接，另一側呈滑動鉸狀態。剛性梁之間的部分為以柔性梁，柔性梁的每一根下弦中部都預留有伸縮的縫隙，滿足了成型過程中上弦桿彎曲伸長，下弦桿需要縮短的要求；

圖3 剛性梁固定鉸

圖4 剛性梁滑動鉸

3）通常以STRACH結構兩端斜柱外側完全直立時認為結構完成成型。STRACH結構具有跨度大、構造簡單、施工簡便，以其無法替代的優勢被大量應用于飛機維修庫房、體育場館、大型商場、大容量倉庫。與同跨度的建筑相比較，STRACH結構可以節約大量的鋼材，故研究STRACH結構的成形機理，對指導施工機具的研發有極強的現實意義。

2 STRACH結構成型過程的工藝要求

STRACH結構的張拉成形過程：兩側剛性斜柱轉動，上弦桿在彎矩作用下的彎曲伸長，下弦桿受到擠壓而縮短并封閉預留縫隙。上弦桿截面尺寸、構造物的初始跨度和幾何形狀是影響STRACH結構成型的結構性因素。STRACH結構能夠成功張拉成型，結構上上弦桿不能產生塑性變形，工藝上必須保證各榀的變形同步。

STRACH結構的桁架之間是聯接作用的檁條及檁條支撐，幾乎不具備抗彎、抗扭曲強度。為保證已輔設的屋頂在成型過程中不被撕裂破壞，張拉時將全部荷載分成若干增量步，結構在每一個荷載增量步作用下的變形很小，當結構在一個新的位置建立了平衡，再施加下一級的荷載增量步，如此反復，直到結構成型。

3 伊朗MAHA機場維修機庫成型施工

伊朗MAHA機場維修庫可同 時容納1架B747-600，2架A300-600，2架A310-200飛機，即是一座STRARCH結構的構造物。該維修庫其跨度為126m×130m，建筑面積16380m2，共15榀鋼桁架，其中A～P每榀軸距為9.0m，P～Q榀軸距為8.0m。下弦張拉索為28根Ф15.24低松弛預應力鋼絞線，兩端采用OVM15-28錨具錨固。其結構參數如表1。

表1

柱腳跨度（m） 147.972張拉索長度（m） 160.8拱跨度（m） 130矢高（m） 33.5張拉力 （kn） 2715283525402420

STRARCH結構搭建后，進行清孔、穿索、編索、安裝機具、張拉成型等關鍵工序。

圖5 張拉千斤頂示意圖

根據設計文件，伊朗MAHA機場維修庫15榀桁架為兩期張拉，一期張拉1～7榀，二期張拉8～15榀。每榀桁架的張拉體系由1臺ZB4/500油泵、1臺YDCS550-200液壓千斤頂組成，各榀間的張拉體系組成一集群張拉體系共同作用完成構造物的張拉成型。各張拉體系液壓油路、子控制系統相互獨立、互不干涉，為確保各榀的變形位移一致，依據該機場維修庫結構的特點，每個動作行程劃分為10個增量步，每個增量步幅20mm，以實現同步控制。每完成一個行程增量步的張拉后即停止張拉，并檢查結構的變形和受力。在確認結構在新的位置建立了平衡后，進入下一個增量步的張拉。在張拉過程中，測量人員每10mm向指揮人員報告一次活塞行程值，若行程偏差大于2mm停止整體張拉，進行校正后再進入整體張拉。伊朗MAHA機場維修庫完成成型后，對張拉索道注漿，固化。

固定端的外露鋼絞線噴涂紅色標識漆，以觀察張拉索是否發生滑移，導致應力損失。

4 結論

通過對MAHA機場維修庫的張拉工藝的研究，結合之前參與的廣州新白云機場、海南美蘭機場的施工經歷，可以總結以下經驗：

1）STRACH結構在拼裝前，認真清理索道孔、去除障礙物，順沿與下弦桿伸縮縫小端的收縮方向穿入。MAHA機場的穿索過程中，第3榀因孔道不暢，多次穿索不成功，延誤了相當長的工作時間；

2）將每個行程劃分為若干個增量步，步幅控制在STRACH結構的變形允許值之內，雖然可以實現集群的同步張拉，但干擾因素復雜，特別是信訊傳達因素。故研究開發傳感器監測，實現自動同步控制，視頻觀測為提升該類工程施工質量、進度，提供裝備支持。目前，此設備的市場還處于空白。

[1]GB50017-2003，鋼結構設計規范.

[2]GB50009-2001，建筑結構荷載規范.

[3]秦乃兵.整體張拉鋼桁架結構成型過程分析.