1、大跨度预应力钢结构张拉技术研究摘要：张拉是大跨度预应力钢结构拉索施工最关键的工序之一，不仅拉索施工的其他工序(如拉索的制作、安装、索长误差调节和预紧等)服务于张拉，而且拉索锚具形式、钢构节点构造等也须满足张拉的要求。以下根据工程实践，提出拉索张拉的基本要求，以及满足不同条件和需求的多种拉索张拉方法。 关键词：大跨度；预应力钢结构；张拉；拉索施工 中图分类号： TU319 文献标识码： A 文章编号： 1. 拉索张拉基本要求 与拉索相连的钢构节点构造、拉索锚具形式及其构造等必须能满足张拉工艺的要求。制定张拉方案时，拉索张拉单位必须予以核实。若不能满足，则由拉索张拉单位提出合理的构造措施，由设计、
2、总包、监理等单位予以确认。 1)拉索张拉前，必须进行相关的施工分析，制定施工方案，确定张拉的方法、顺序、程序、施工张拉力、张拉控制项目以及对钢构安装的要求、张拉作业平台等。 2)若拉索分批张拉，则应充分考虑先后批张拉的索力相互影响。宜在不影响最终设计状态和保证张拉过程中结构安全的情况下，采取措施尽量减小先后批张拉的索力相互影响，从而减小张拉次数，保证结构成型时的索力与设计相符。 3)张拉前，应调整被动张拉索的索长误差，预紧主动张拉索。 4)正式张拉前，应做好以下工作: 搭设张拉作业平台，该平台架应与结构脱离，不应影响结构张拉变形; 张拉前结构的状态(如结构的位形、支撑条件和支座约束条件等)，应
3、与施工方案要求的一致;否则，不能进行张拉; 对阻碍结构张拉变形的支撑，在张拉前应主动脱空，主动脱空距离应保证不阻碍结构张拉变形; 应清除钢构上较重的堆置物或吊挂物，避免影响张拉时结构状态; 张拉千斤顶和油压表应在有资质的试验单位进行配套标定，且必须配套使用，标定记录有效期为 6 个月，主动油压表应采用精密油压表，千斤顶的额定张拉力应不小于最大施工张拉力标准值的 1. 2 倍。 5) 张拉工装及其各部件的设计承载力不应低于最大施工张拉力标准值的 1. 3 倍。 6)应先将张拉工装、千斤顶、油泵、油压表等在地面预组装，进行试张拉操作。各部件和机具检查合格，且整体工作正常，方可进行正式张拉。 7)
4、为弥补调节装置中螺牙间隙引起的预应力损失，可采用超张拉。超张拉比例应根据调节装置的旋紧方式和索长等综合确定: 对于长度 60m 的拉索，可不超张拉;当拉索长度 60m 时，应根据调节装置的旋紧方式确定超张拉比例，索长取低值，索短取高值; 对于旋紧套筒的调节装置(如可调套筒热铸锚)，宜超张拉 3% 5% ;对于旋紧螺杆的调节装置 ( 如单螺杆式热铸锚)，宜超张拉 1% 3% ; 对于旋紧螺母的调节装置 ( 如双螺杆式热铸锚、冷铸锚)，可不超张拉。8) 当张拉千斤顶和油泵存在较大高差，油泵上的油压表值应予以调整，以弥补高差引起的千斤顶和油泵之间油压差异，或者在千斤顶的进油口增设油压表。 2. 群索
5、结构中拉索被动张拉技术 2. 1 拉索被动张拉技术的定义 在预应力钢结构的索杆系子结构中，同杆(撑杆或桅杆)各索的索力关系是直接相关的，杆力和索力是平衡的。在索杆系位形一定的条件下，当其中某些索的索力已知，则根据节点内力平衡，相连其他索的索力即可确定。如弦支穹顶结构中同环的环向索和径向索，斜拉桅杆结构(桅杆底端铰接)中同桅杆的前索和背索，以及各类全张力结构。对于这样的索杆系子结构，无需对所有的拉索都进行主动张拉。可选择其中部分拉索进行主动张拉，而其他拉索则被动张拉。 拉索被动张拉技术，就是通过主动张拉部分索，在其他索中乃至整个结构中建立所需的预应力，满足初始态结构位形的要求。拉索被动张拉技术实
6、现了“牵一发而动全身” ，可大大减少拉索张拉量、工装和机具的数量，节约劳动力，缩短工期，具有明显的经济性和先进性，但该技术需要较高的技术要求。 2. 2 拉索被动张拉技术的关键控制 为达到设计初始态的力和形，且力是在形上的平衡，因此拉索被动张拉技术同样要对力和形进行双控。当然，拉索被动张拉技术中仅仅通过张拉主动索来实现力和形的双控是不行的，需要贯穿制作、安装、调整和张拉整个拉索施工工序。由于被动索不直接进行张拉，在索长误差调整且固定后，其无应力索长(即索原长) 不再改变，仅仅通过张拉主动索，使被动索弹性伸长，从而在被动索中建立所需的预应力，因此，被动索的施工关键是其索长，而索长误差调整是主要控
7、制措施之一。只有被动索的索长得到有效控制，张拉成型后索杆系子结构的位形才能得以保证，而形一定，索杆系的内力平衡关系(内力比值)才能与设计一致。在索杆系子结构的形一定和内力平衡关系一定时，通过张拉主动索，可在索杆中建立明确的预应力值。可见，被动索施工关键是根据制作和安装等误差调整索长，保证索杆子结构的位形和索杆内力比值关系，即以控制形为目的;而主动索施工关键是张拉力，根据索杆内力平衡关系来保证被动索的拉力，即以控制力为目的。拉索被动张拉技术体现了形和力的双控、控制的过程性、被动索和主动索的同等重要性，具有技术的经济性和先进性。 2. 3 主动索和被动索的确定原则 由于拉索被动张拉技术并不对结构中
8、的每根索都进行张拉，因此就存在哪些索应该主动张拉，哪些索应该被动张拉的问题。 形一定、索杆内力平衡关系一定，是拉索被动张拉技术得以应用的关键。可把单个杆(桅杆或撑杆)上的局部索杆系分为单杆、主动索和被动索 3 部分。拉索被动张拉技术中，被动索通过张拉主动索而建立预应力，则在主动索未张拉前，被动索应呈松弛状态，因此由被动索和杆组成的体系(可称为被动体系)不应存在自应力状态，即被动体系的自应力状态数 S = 0，为静定体系，此时被动索在无应力状态下调整索长到位。若被动体系为静不定体系(S 0)，则部分被动索需要在有张力条件下方可将其索长调整到位，这样这些索其实也进行了主动张拉，已不能再称之为被动索
9、。 故确定主动索和被动索的基本原则为:被动索和杆构成的被动体系应为静定体系，即其自应力状态数 S = 0。如一个空间索杆系子结构(见图 4)，其中 1 根桅杆和 8 根拉索，拉索以桅杆为圆心均匀分布，初始态下各索索力为 F。 若仅选择拉索 S1 为主动索，则 S2 S8 和桅杆构成被动体系。初始态下去除 S1，则被动体系的索力关系为:F2= F8 F，F3= F7= F，F4= F6 F，F5F，部分被动索需要主动张拉方能将索长调整到位，甚至 S2 和 S8 的张拉力超过了初始态的目标索力。可见，被动体系存在自应力状态，为静不定体系，需从被动索中再挑出主动索。若选择 S1 S3 为主动索，则
10、S4 S8 和桅杆构成被动体系。初始态下去除 S1 S3，则被动体系的索力关系为:F4= F8= F，F5= F6= F7= 0。可见，被动体系仍存在自应力状态，仍为静不定体系，需从被动索中再挑出主动索。若选择 S1 S4 为主动索，则 S5 S8 和桅杆构成被动体系，此时其中不可能存在自应力状态，为静不定体系，S5 S8 可在无应力状态下调整索长，通过 S1 S4 主动索的张拉而建立所需的预拉力。显然，从被动索中再选择出索作为主动索，也是可行的。 3. 结语 拉索施工须在结构分析和施工过程分析中，掌握结构特点、施工过程状态和关键施工参数，而且从分析、制作、安装到张拉必须保持一致性，其中以张拉为核心，分析、制作、安装和误差调整及相关索节点构造、索头形式、张拉工装等服务于张拉。 参考文献: 1郭正兴，石开荣，罗斌，等武汉体育馆索承网壳钢屋盖顶升安装及预应力拉索施工J 施工技术，2006，35(12):51-55 2郭正兴，王永泉，罗斌，等济南奥体中心体育馆大跨度弦支穹顶预应力拉索施工J 施工技术，2008，37(5):133-135
