大跨度機庫鋼桁架中的預應力鋼絞線穿束施工技術(shù)

李 昭 王曉麗 羅 浩 熊勛昌

中國建筑第八工程局有限公司西南分公司 四川 成都 610041

隨著建筑科學技術(shù)的進步，應用預應力結(jié)構(gòu)體系的大跨度機庫鋼桁架越來越多。這種結(jié)構(gòu)體系有更好的豎向支承剛度，能改善其支承的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的受力性能，減小機庫大門上方鋼桁架的撓度和大門開口邊桁架支承柱的約束內(nèi)力，改善了抵抗外荷載的能力，極大地提高了結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟指標[1-3]。但是該體系結(jié)構(gòu)復雜，施工技術(shù)屬于前沿，缺少相應的實施經(jīng)驗，給施工帶來了新的挑戰(zhàn)。

本文主要從鋼絞線分束深化設計、鋼絞線外鋼套管深化設計、鋼絞線穿管施工工藝、鋼絞線穿束控制要點4個方面，闡述預應力鋼絞線的穿束施工技術(shù)。

1 工程概況

成都天府國際機場國航基地工程（機務維修一期）101號維修機庫的屋蓋鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)平面尺寸為146 m×90 m，機庫入口大門處設計有跨度為146 m的門頭預應力鋼桁架。鋼桁架的下弦鋼管中心標高＋22 m，內(nèi)配置由69根高強低松弛鍍鋅鋼絞線組成的預應力束，預應力鋼絞線的單根長度達151 m，單束質(zhì)量達12.7 t（圖1）。

圖1 預應力鋼絞線原設計

2 單束鋼絞線施工難點

1）原設計采用69根鋼絞線為一束，若將鋼絞線一根一根地穿管，穿束過程中易互相纏繞攪亂，無法進行捋直調(diào)整，施工難度極大，并且穿管后預應力鋼絞線的質(zhì)量無法控制，后期張拉不易控制。

2）作為一束的69根鋼絞線，質(zhì)量達12.7 t，若將69根鋼絞線只設置一個套管整束穿管，則穿管過程中鋼絞線與鋼管管壁摩擦力很大，造成的鋼絞線磨損較大，并且穿管時所需拉力較大，對機械設備要求較高，施工難度大、費用高。

3）單束鋼絞線在張拉過程中互相影響較大，先張拉的鋼絞線易松弛，張拉質(zhì)量不易控制。必須在地面穿管階段將不利因素減小，降低后續(xù)高空張拉的質(zhì)量風險。

4）鋼絞線的穿束套管是由焊接在球節(jié)點內(nèi)部的鋼隔板固定的，鋼隔板焊接施工時操作空間受限，焊縫質(zhì)量無法保證。鋼隔板間距和套管固定點間距較大，且預應力鋼絞線質(zhì)量大，易引起套管和鋼隔板變形。

5）套管內(nèi)壁在焊接時的焊縫平整度要求很高，不能有任何凸出焊縫的缺陷，以免造成鋼絞線穿束時摩擦損傷，對鋼絞線張拉施工造成不利影響。

6）鋼絞線在穿束以前的調(diào)直、編號、分組工作很重要，須對施工場地、穿束機械選擇、穿束施工條件和穿管工藝流程進行細化分析，制定合理的施工方案。

3 鋼絞線分束深化設計

針對鋼絞線穿束施工的難點，通過分析設計原理和設計意圖，針對鋼絞線穿管施工過程，將鋼絞線分三步進行優(yōu)化，分別為設計分束優(yōu)化、分束整穿優(yōu)化、分束增加套管優(yōu)化。

1）將原設計的69根鋼絞線再分為3組，每組23根鋼絞線，這樣單束的質(zhì)量減至原來的1/3，解決了整束穿管時鋼絞線質(zhì)量過大的問題。

2）將69根鋼絞線進行分組后，每組僅有23根鋼絞線，有效地降低了鋼絞線之間互相纏繞的概率，且極大地方便了鋼絞線的編號，從而為以后的預應力張拉創(chuàng)造了良好的條件。

3）在每組鋼絞線外增設鋼套管，有效降低了穿管過程中束與束之間的不利影響，同時解決了多根鋼絞線容易互相纏繞的問題。

4）將每組鋼絞線作為整束同時穿管，由于穿管的同時性，鋼絞線之間互相摩擦的情況大大減少，避免了先后穿管的鋼絞線之間的摩擦損傷。

5）將3根分束鋼套管設置成品字形對稱排布在下弦管內(nèi)，套管與套管間距設計為30 mm，滿足焊接操作空間要求即可，3根套管以三角形結(jié)構(gòu)形式設置，3根套管在下弦管內(nèi)相對穩(wěn)定牢固（圖2）。

圖2 預應力鋼絞線深化設計

4 鋼套管的深化設計

1）原設計只在桁架球節(jié)點處設置環(huán)形鋼隔板定位鋼套管，深化時在下弦桿中也增設環(huán)形鋼隔板，有效地減少了鋼隔板之間的間距，使套管能更穩(wěn)定、更牢固地安裝在下弦桿中，并且更有利于傳遞預應力橫向等效荷載。此項優(yōu)化從根本上提高了預應力鋼絞線對結(jié)構(gòu)受力的作用，保證預應力在桁架中能起到應有作用（圖3）。

圖3 環(huán)形鋼隔板的設置

2）套管焊接時由于操作空間狹窄，焊接角度不利，容易產(chǎn)生焊瘤、焊疤等焊接缺陷。為防止在穿管過程中鋼套管接口或焊疤磨損無黏結(jié)鋼絞線的塑料外包皮及鋼絞線，鋼套管采用了V字形接口。在套管焊接施工前，對鋼管端部采用人工進行無齒鋸打磨處理，將鋼套管端口裁切整齊并打磨出倒角，這樣2根鋼套管對接焊接后就會形成V字形接口，避免了鋼套管因為對接口兩側(cè)管壁不平而造成的不利影響（圖4）。

3）鋼套管厚度較薄，焊接過程中存在焊透的風險。通過研究，決定在鋼套管的外側(cè)套直徑大一號的接頭襯管，將焊接位置轉(zhuǎn)移到鋼套管外壁，有效地解決了由于焊接質(zhì)量而引起的鋼絞線穿管損傷問題（圖5）。

圖5 鋼套管外壁襯板

5 鋼絞線穿管施工工藝

5.1 施工工藝流程

目前國內(nèi)預應力桁架結(jié)構(gòu)施工經(jīng)驗較缺乏，通過分析設計意圖、設計計算工況、預應力施工工藝、施工的過程工況等，最后結(jié)合本工程的設計特點和施工部署安排，得到了合理的穿管施工工藝：搭設鋼絞線放線支架、安裝牽引卷揚機→在放線場地上作好下料長度標記→用砂輪切割機依次下料→在鋼絞線兩端編號（同根同編號）并整理成束（23根鋼絞線為1束）→在鋼絞線穿入端安裝穿管器→套管（下弦鋼管）內(nèi)穿入牽引鋼絲繩至卷揚機端→牽引鋼絞線整束穿過套管（下弦鋼管），并一次牽引到位。

在鋼絞線穿管施工中，應特別注意在桁架支座下阻礙鋼絞線穿束的混凝土柱不得澆筑，否則對鋼絞線穿管折角影響較大，易造成鋼絞線損傷。為不影響后續(xù)混凝土柱施工，可將鋼桁架端部后續(xù)通過補桿拼裝焊接，并將處于套管外的鋼絞線束斜向上彎曲懸掛，再用軟帶臨時綁扎固定，網(wǎng)架提升完成后再將鋼絞線垂下來。

5.2 預應力穿管裝置

為確保穿管時每組鋼絞線中的每根鋼絞線都能均勻地承受牽引力，專門研發(fā)設計并加工了預應力鋼絞線錐形牽引裝置。該裝置主要由鋼錐筒（漸變直徑）、墩頭錨板（定制制作）和牽引螺栓組成。把每根鋼絞線的中心鋼絲端頭后錨固在墩頭錨板上，再由牽引鋼絲繩連接牽引螺栓進行牽引施工（圖6）。

圖6 鋼絞線穿束裝置

5.3 下弦桿活動段設計

鋼絞線在地面穿管后再隨網(wǎng)架提升至高空，其間鋼桁架端部不能將弦桿拼裝焊接完，因此將鋼桁架端部第2個球節(jié)點與第3個球節(jié)點間的下弦鋼管做成活動段，可盡量減小鋼絞線進入弦桿的轉(zhuǎn)向角度。

轉(zhuǎn)向角度越小，預應力鋼絞線與套管間的擠壓力就越小，鋼絞線的磨損也越小，待預應力穿管并提升完成后再焊接該活動段（圖7）。

圖7 下弦桿活動段

6 穿束施工過程中的控制要點

1）預應力鋼絞線原材在運抵施工現(xiàn)場后，堆放預應力鋼絞線的場地要用混凝土進行硬化，并且地面應保持平整、干燥。

2）鋼絞線加工、截取需要在施工現(xiàn)場完成，因此需要為鋼絞線鋪設場地進行硬化施工，寬度不宜小于1.5 m，并且場地中心線位置應分別與鋼桁架下弦鋼管的中心線重合，這樣在穿管時鋼絞線可以與下弦管平行穿入，使鋼絞線與套管的磨損控制在最小。

3）鋼絞線捋直鋪設后，一般需要調(diào)整準備幾天，因此要采取防雨措施，防止鋼絞線銹蝕，同時要采取防油污染措施。

4）鋼套管在加工時，套管端口一定要倒角，倒角一定要打磨順滑；另外，套管兩端切口要整齊，在同一個平面內(nèi)，焊接后形成V字形接口，V字形接口要光滑、無焊瘤。

5）環(huán)形鋼隔板的開孔定位一定要精準，尺寸誤差控制在3 mm內(nèi)，確保套管安裝后的整體保持水平。

6）鋼絞線在穿管施工時，一定要注意卷揚機牽引裝置穿管時的速度，不宜過快，避免鋼絞線產(chǎn)生纏繞，一旦發(fā)現(xiàn)有纏繞時應立即停止穿管施工，待處理調(diào)整完成后繼續(xù)穿管施工。

7 結(jié)語

目前，各大機場建設中的大跨度飛機庫越來越多，一些單跨超過140 m的邊桁架設計應用越來越廣泛。

本工程的這種預應力結(jié)構(gòu)設計有效減小了屋蓋大門開敞邊的撓度和用鋼量，極大地提高了結(jié)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)濟指標。弦桿中的預應力鋼絞線設計將會越來越普遍，本文通過預應力鋼絞線穿管施工技術(shù)的總結(jié)，可為后續(xù)類似的工程施工提供借鑒。