0 引言

　　预应力钢结构通常应用于钢结构索穹顶、张弦桁架、索膜结构中，主要由索与钢结构组合而成。如江西体育馆采用由竖向立柱、吊索、屋盖组成的吊挂型结构;汉城奥运主赛馆采用由张索、膜面、受压撑杆组成的整体张拉型结构，均为预应力钢结构的应用实践。而在钢桁架结构腹杆中采用预应力，各斜腹杆分别施加不同预应力的工程应用较少。

　　1 工程概况

　　1.1 工程总体概况

　　国家会展中心(天津)一期工程位于天津市津南区，建筑面积47.86万m²，主要由展厅、交通连廊、中央大厅组成。

　　钢结构部分包括16个大型展厅及其交通连廊和餐厅、1个中央入口大厅及部分连桥外围护结构。中央入口大厅为树状钢柱支撑的大跨钢结构，由32个树状结构组成，结构总高32.8m，展厅和交通连廊屋盖结构采用四弦凹形桁架大跨钢结构，单跨跨度84m，高23.28m。

　　1.2 典型结构概况

　　展厅和交通连廊屋面为四弦凹形桁架结构体系，主要包括屋面主桁架、人字柱。屋面桁架由上下弦杆、倾斜腹杆、拉梁、拉杆、边梁等组成，展厅屋面桁架结构主要由人字柱支撑，交通连廊屋面桁架由人字柱和框架柱支撑，拉杆分布如图1所示。

　　图1 拉杆主要分布部位  

　　1.3 钢拉杆设计概况

　　钢结构预应力钢拉杆杆体采用合金钢材料，两端设连接耳环索头，中部设正反丝扣套筒来调节钢拉杆长度及施加所需的预应力，与四弦凹形桁架结构组合成整体受力体系。

　　本工程中大量使用了预应力钢拉杆，为结构重要受力构件，设计师充分利用钢拉杆截面小、受力大的特性，与“海鸥”造型的桁架体系完美结合，彰显出结构轻巧稳固的形态。按使用部位不同，钢拉杆分为屋面水平拉杆和V形梁倾斜腹杆间斜拉杆。如图2所示，拉杆形式有斜拉杆和交叉杆两种，均由合金钢制成，结构形式为U形，强度级别为GLG460和GLG650，共8种规格:35，55，75，85，95，105，115，125。

　　图2 2种形式钢拉杆  

　　2 设计要求及张拉方案

　　2.1 设计要求

　　钢拉杆须采取张紧措施，但张紧力不应过大，结构不受力状态下，不同直径钢拉杆预张紧力取值如表1所示。

　　表1 不同直径钢拉杆预紧力 

　　k N

　　表1 不同直径钢拉杆预紧力

　　结构支撑拆除及屋面安装完毕后，均应检查拉杆受力状态，松弛拉杆及跨中挠度>L/150的拉杆均应进行补张拉，张拉后拉杆的挠度应≤L/150(L为拉杆长度)。

　　2.2 张拉方案

　　展厅和交通连廊屋面桁架施工采用分段吊装、高空拼接的方法，钢拉杆安装及张拉主要分为地面、高空嵌补段安装张拉两种。

　　本工程体量大、工期紧，钢拉杆数量多、规格杂，若统一采用1种方法张拉，无法保证工期。通过施工模拟及方案对比，最终确定采用扭矩扳手张拉法、液压千斤顶张拉法2种张拉方式。

　　对于小直径(D≤55mm)钢拉杆采用扭矩扳手张拉施工，大直径(D>55mm)钢拉杆采用液压千斤顶张拉施工。通过2种方法协同施工，保质保量地完成了大体量钢拉杆张拉施工。

　　2.3 张拉前注意事项

　　所有张拉设备在张拉前需进行检测，设备不得存在缺陷，张拉过程即施加作用力的过程，非相关人员不得靠近。根据设计资料使用软件进行施工仿真计算，模拟实际施工过程，确保施工方案的可行性和可操作性。

　　3 钢拉杆张拉施工技术

　　3.1 扭矩扳手张拉

　　3.1.1 张拉工艺及施工流程

　　扭矩扳手张拉法即在拉杆一端通过扭矩扳手施加扭矩，实现对拉杆的张紧施工，主要针对35，55两种钢拉杆，对分段桁架单元分2次对称张拉:从中间向两侧首次张拉至设计值95%，检查钢拉杆受力情况，无异常后二次张拉至105%(弥补预应力损失需超张5%)。施工流程如图3所示。

　　图3 扭矩扳手法张拉施工流程  

　　扭矩扳手扭矩值根据式(1)确定。

　　式中:T为扭矩值(N·m);P为拉杆预应力值(N);d为拉杆直径(m);K为扭矩系数。

　　35，55钢拉杆扭矩系数K值在张拉前通过拉力传感器进行标定，通过多次试验测定，35钢拉杆扭矩系数取值0.21，55钢拉杆扭矩系数取值0.22。2种规格钢拉杆扭矩转换值如表2所示。

　　表2 2种规格钢拉杆扭矩转换值 

　　表2 2种规格钢拉杆扭矩转换值

　　3.1.2 扭矩扳手选型

　　本项目采用数显式扭矩扳手，首先对扭矩扳手进行扭矩值预设，然后对钢拉杆施拧，当LCD屏幕上的数值达到预设扭力值的95%时，蜂鸣器发出缓慢提示声;当达到预设扭力值时，蜂鸣器发出急速提示声，表明已达到所设定的扭矩值。

　　扭矩扳手在张拉过程中会对钢拉杆面漆造成破坏，为保证面漆的完整，需对施拧接触面采取防护措施，同时预备好面漆修补措施，防止漆膜破坏造成杆体腐蚀。

　　3.2 液压千斤顶张拉

　　施工流程如图4所示，采用特定工装配合液压千斤顶进行张拉，根据设计张拉力值，通过油泵将油压传递给2个千斤顶，然后调节自身调节套筒达到所施加的力，配合人工链钳进行施拧，通过标定获取不同直径钢拉杆预紧力值对应的压力值(见表3)。

　　图4 液压千斤顶法张拉施工流程  

　　表3 不同直径钢拉杆油表读数 

　　表3 不同直径钢拉杆油表读数

　　由于张拉设备组件较多，安装时须小心安放，使张拉设备形心与钢拉杆重合，以保证预应力钢拉杆在张拉时不偏心。

　　张拉时同样分2次从中间向两侧对称张拉，第1次张拉至设计值95%，检查钢拉杆受力情况，无异常后二次张拉至105%(弥补预应力损失需超张5%)。具体操作为:在油泵启动且供油正常后，开始加压，当压力达到钢拉杆设计拉力时，超张拉5%左右，然后停止加压。张拉过程中须控制给油速度，给油时间应≥0.5min。

　　张拉过程中拉杆体松弛、锚具回缩变形、油压损失、节点摩擦等会造成预应力损失，为保证张拉力达到设计要求，根据大量工程经验，需在实际张拉过程中采取超张拉方法，每次超张拉理论计算张拉力的5%，以弥补预应力损失。

　　张拉时，千斤顶后端严禁站人;张拉斜拉索时，应由专人指挥，并确保各作业点间通信顺畅，操作时严禁摸踩或碰撞斜拉索，在量测斜拉索伸长值及顶塞时，应停止开动千斤顶;任何人不得擅自调整安全阀，应由专人负责;有压力情况下，不得拧动任何部位螺栓;油泵运转时，发现不正常现象应立即停止;保证漏电保护装置和避雷设施齐全、完好。

　　3.3 嵌补段钢拉杆补张拉

　　待桁架结构体系满足卸载条件后，对桁架进行卸载，本项目卸载采用逐步切除调节支撑铁块、液压千斤顶辅助的方法，每次切割10mm调节块，切除2次后，检测钢拉杆受力情况，并对嵌补段钢拉杆进行空中补张拉，以曲臂车作为操作平台，作业人员操控曲臂车至合适的工作位置，左右对称同时进行钢拉杆补张拉。

　　3.4 桁架结构监测

　　3.4.1 钢拉杆张拉力监测

　　1)采用扭矩扳手张拉的钢拉杆直接通过扭矩扳手刻度值监测拉力情况。

　　2)采用液压千斤顶张拉的钢拉杆，其预紧力可通过张拉千斤顶油泵压力表直接读出。

　　3.4.2 结构位移监测

　　桁架屋盖结构位移监测应贯穿结构施工全过程。包括安装过程和张拉过程，为更好地获取监测数据，本工程采用全站仪+水准仪进行监测，在构件同一位置统一粘贴反射片，使用全站仪直接读取监测点的坐标信息，并做好记录。

　　4 结语

　　通过在国家会展中心(天津)一期工程展厅及交通连廊屋盖四弦凹形预应力桁架不同直径钢拉杆的张拉施工中分别采用扭矩扳手张拉法和液压千斤顶张拉法，实现了对拉杆预应力的精确控制，在确保安装质量的基础上大大缩短了安装时间。

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