大跨度張弦拱桁架拉索施工工藝

龐云濤，李 賓

（天津熙貝眾合預應力工程有限公司，天津 300382）

火力發電廠、港口碼頭、煤礦、冶金、焦化等企業露天煤場在作業和堆場過程中，遇到大風天氣會產生揚塵，不僅造成大量的物料損失，而且破壞生態環境，影響人類的健康[1]。目前，全國各地都出臺了相關文件，要求煤場實施全封閉。煤場封閉工程一般結構大跨度，張弦拱桁架作為一種新穎的鋼結構形式，自重輕，跨度大[2]，特別適合應用在煤場封閉改造工程中。

預應力拉索根據鋼結構的施工方法主要有兩種方案：

1）對跨度較小的桁架結構，鋼結構在胎架上整體拼裝完成后，預應力拉索在胎架上進行施工，拉索施工完成后隨鋼結構整體吊裝到結構部位；

2）鋼結構在高空中采用原位分段拼裝的方法，預應力拉索采用多臺吊車配合的方法進行掛索施工[3]。

以上兩種方案對工程環境均有嚴格的要求，即鋼結構下方需要有足夠大場地進行胎架的搭設或有能滿足吊車和吊車臂桿移動的空間。而多數煤場改造工程結構下方都有堆煤和大型機械，無法長時間滿足吊車操作要求。本文以煤場改造工程為背景，對大跨度張弦拱桁架預應力拉索施工進行研究，在實踐中不斷改進，最終形成一套低成本、高效率，適用于結構下方沒有足夠空間的大跨度張弦拱桁架預應力拉索施工工藝。

1 工程概況

首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司球團料場A、B兩個料條需進行封閉，封閉長度為650 m，跨度為245 m，為一跨、中間無柱管桁架形式，外鋪設彩鋼板。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，在滿足斗輪機操作空間要求的前提下，在約37.2 m標高處設置一道189.2 m長的平衡拉索。拉索為?7 mm×91 mm半平行預應力鋼絲束，整個封閉罩棚共布置40道預應力拉索，各桁架的布置間距為15.9 m。見圖1和圖2。

圖1 封閉罩棚三維透視布置

圖2 預應力拉索立面布置

單跨張弦拱桁架結構跨度達245 m，預應力拉索長為189.2 m，質量達6.9 t（含索頭），如此大跨度的鋼結構只能在高空中完成拼裝，增加施工的難度和危險性。如何保證安全，同時能夠低成本、高效率的完成施工是本工程的重點。

鋼結構的制作拼裝精度，直接影響到后續預應力拉索安裝、張拉等工序能否正常進行，因此確定一套適用度廣，能靈活應對現場施工條件的拉索施工工藝及施工過程中相關設備、工具的選用、施工工裝的設計是本工程的施工難點。

2 仿真模擬

張弦拱桁架跨度大，在支撐架上按照圖紙要求進行拼裝，拼裝完成后向前滑移一榀的距離，安裝此桁架預應力拉索的同時，繼續在騰空的拼裝支撐架上進行下一個拱桁架拼裝[3]，兩榀拱桁架作為一個張拉單元，兩個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，重復此過程直到所有桁架均拼裝完成。

預應力拉索和鋼構件是結構中重要組成部分，它們的施工需緊密配合，以保證張弦拱桁架施工的安全性、經濟性、合理性、快捷性[4]，因此施工前需采用Midas軟件軟件對拱桁架的拼裝、吊裝及預應力拉索張拉等過程進行詳細仿真計算分析，使得構件在拼裝和就位過程中能同時對節點的位移和構件的內力進行雙控制并最終確定每道預應力拉索的實際張拉力值，使得結構受力更加精確。

3 主要施工步驟

3.1 滑道輔助掛索

由于該項目張弦拱桁架的拉索長而重，呈魚腹狀[5]，為減少與桁架下部結構的干擾，采用滑道輔助、卷揚機和吊車配合的方法進行掛索。

1）對鋼絲繩及鋼絞線性能及優缺點進行綜合分析后，最終選用常見的1 860級?15.2mm鋼絞線作為輔助滑道，作為滑道的鋼絞線長度要足夠長，為后續放張循環使用留出余量，本工程掛索鋼絞線長度確定為300 m。

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

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

4）在拱桁架一側設置專用放索盤，另一側固定卷揚機，卷揚機提前牽引鋼絲繩到放索盤一側，掛索前將兩端索頭絲扣長度調到最大。

5）放索盤側用吊車配合，將索頭一端提升到安裝高度后,將索頭與卷揚機牽引鋼絲繩連接,將索從結構的一端向另一端移動。

6）根據經驗確定拉索每移動約7 m左右，在滑道上掛滑輪將拉索進行懸掛，每道拉索共計布置26個吊點，滑輪在2根鋼絞線上交替懸掛，增加施工安全系數。

7）將索體牽引到結構另一端,安裝該端索頭銷軸。索頭的安裝是拉索施工中的難點：受鋼結構的拼裝和安裝精度影響，銷軸孔距索頭往往還有一段距離，施工時一般有兩種方法解決：方法一是在定制成品索時，直接在廠家定制幾根不同長度索頭連接桿或者加長成品索頭絲扣調節長度，快速應對現場構件拼裝精度對掛索的影響；方法二是給索施加一定初始力，將索拉緊到結構安裝位置，再安裝該端索頭銷軸。方法一簡單快捷，但施工成本提高；方案二不需要額外增加成本，只是掛索時間相對較長，但由于鋼結構本身拼裝需要較長時間，只需在構件滑移前完成拉索安裝張拉即可，這段時間的增加不影響其他工序的施工，因此更加經濟。綜上，該項目施工中采用方法二進行另一端索頭的連接。

8）另一端索頭連接時，傳統倒鏈配合拖拽的方法根本無法拉動如此大跨度的拉索，經多次實踐研究，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。見圖3。

圖3 掛索安裝

9）掛索滑道多次使用過程中，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 張拉工裝設計

由于索長達189.2 m，為保證結構受力均勻，對各拱桁架的拉索確定為采用兩端對稱張拉的施工工藝。

索頭兩端均為叉耳式，傳統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行切除恢復，施工繁瑣，焊接工作量大，浪費材料。

為簡化施工過程，經研究，本工程采用U形圓鋼配套夾持工裝作為張拉固定措施。見圖4。

圖4 張拉工裝

3.2.2 張拉操作要點

1）根據仿真模擬，各拱桁架中最大張拉力約為1 480 kN，兩端共4臺100 t千斤頂，對桁架拉索進行對稱張拉。

2）拉索張拉時采用索力與變形雙控且以變形控制為主，如果施加預應力過程中，拉力沒有到位，桁架結構變形超過設計允許范圍即停止張拉并記錄實際索力及結構變形值。

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

4）由于張拉設備組件較多且為高空作業，在進行安裝時必須小心安放，使張拉設備形心與拉索重合，以保證預應力拉索在張拉時不偏心。

5）開始啟動油泵、千斤頂進行張拉，張拉千斤頂要緩慢加載，控制給油速度，給油時間不應少于0.5 min，給油過程中及時旋緊調節螺桿。

6）張拉過程中隨時監測結構起拱變形高度，量測調節螺桿的外露長度并做好記錄。

4 結論與建議

1）通過仿真分析，可以簡化施工過程，減少拉索拉力調節次數。

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

3）本工藝省去單獨展索的施工工序，可以在展索的同時進行拉索的安裝，提高施工效率。

4）擯棄傳統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，使得施工更加靈活方便。□■