1 工程概况

　　援柬埔寨体育场项目位于柬埔寨首都金边市，占地面积16.22万m²，总建筑面积8.24万m²。体育场共5层，看台为框架结构，屋盖为斜拉柔性索桁罩棚结构。

　　1.1 斜拉柔性索桁罩棚概况

　　体育场罩棚采用斜拉柔性索桁结构，上覆PTFE膜材。整个屋盖结构体系由环梁、索塔、斜拉索、背索、环索、径向索桁架、谷索和稳定索组成，是一种新型索杆张力结构形式，在国内外属首次应用，体育场罩棚如图1所示。

　　体育场建筑面积近似圆形，南北跨度278m，东西跨度270m，索塔高99m，罩棚最高50.5m，最大悬挑65m。通过南北索塔连接的斜拉索，吊起东、西两侧的月牙形罩棚，并在索塔后方设置背索。每侧月牙罩棚由18榀索桁架、1道内环索、3道竖向交叉稳定索、1道下弦稳定索以及1道谷索组成，单榀索桁架拉索类型如图2所示。

　　

　　图1 体育场罩棚示意 

　　 

　　1.2 索结构受力特点

　　目前，国内外工程上的柔性索杆张力结构大多属于索穹顶结构或环形索桁结构，而本工程罩棚结构为吊索与索桁架组合体系，在较为常见的索桁架结构体系中又引入吊索作用。该结构体系充分体现了索桁架自重小、刚度大以及斜拉结构采用索塔可实现更大跨度的特点。

　　

　　图2 单榀索桁架拉索类型示意  

　　 

　　整个索网、环梁和索塔形成整体受力体系，结构内圈为受拉环索，环索的拉力由径向索桁架传递到环梁，使外环梁形成受压环。同时，东、西两侧环索通过吊索与索塔连接，在索塔后方设置背索以保证索塔受力平衡，斜拉柔性索桁结构受力如图3所示。

　　

　　图3 斜拉柔性索桁结构受力示意  

　　 

　　2 仿真模拟与模型试验

　　本工程在实施前开展1∶15模型试验，试验现场如图4所示，对新型索杆张力结构开展试验研究。通过理论计算分析和模型试验，形成一套合理有效的张拉成型控制技术，保证结构成型和初始预张力精度，为工程实施提供技术支撑。具体包括以下几方面。

　　

　　图4 模型试验现场  

　　 

　　1)采用数值分析和试验研究的方法，模拟结构提升成型的全过程，研究不同牵引构件、不同提升顺序及不同提升速率等对结构成型的影响，为结构成型方案提供依据。

　　2)研究影响结构预张力偏差的各类因素及其敏感性，提出相应的加工和安装精度控制标准，作为本工程质量控制和验收依据。

　　3)研究施工张拉控制方法，为该结构合理张拉方案的确定提供技术支撑。

　　4)研究斜拉柔性索桁结构的静动力性能，分析结构设计典型工况的变形和内力变化特点，对此类新型索杆张力结构的受力性能进行验证。

　　5)研究以预应力偏差为重点的斜拉索桁结构监测技术。

　　3 成型技术

　　3.1 主动张拉索的确定

　　经理论模拟计算与模型试验验证，基于以下几方面进行考虑:(1)索力偏小，易控制;(2)关键受力索;(3)张拉工艺简单实用;(4)索系成型，便于安装;(5)张拉成本低，主动张拉索选择下径向索、斜拉索和后背索。

　　3.2 铺索工艺

　　3.2.1 铺索平台设计原则

　　环索夹质量较大(平均4.2t，最重达6.3t)，且各索夹耳板方向和角度各异，因此，考虑采用搭设铺索平台的方案。铺索平台的搭设需遵循以下原则。

　　1)应满足拉索低空拼装的需求，降低拉索从胎架上提升的难度，有利于拉索提升过程中控制环索索夹多向耳板的受力在安全范围内，保证拉索提升过程安全可靠，降低耳板断裂风险。

　　2)本工程看台全部为预制清水混凝土看台，搭设胎架时应尽可能降低对预制看台的扰动，须在铺索平台搭设过程中采取看台板防护措施。

　　3)应考虑铺索平台搭设的经济性和对整体工期的影响。

　　3.2.2 铺索平台设计概况

　　根据每榀索桁架与看台位置三维模型放样结果，结合实测数据，索结构大部分在看台正上方，经受力计算及可行性分析，考虑在看台上搭设一定高度的铺索平台，进行整体牵引提升。铺索平台主要分环索平台和径向索桁架平台两大部分，平台全部采用钢管脚手架搭设，上覆木板或钢板。

　　环索平台宽6.3m，顶部标高为21.400m，距离看台板20.5～6.6m;径向索桁架平台宽2.6m，距离看台板19.5～1m，铺索平台全部在看台上搭设。环索夹质量较大，为保证看台安全性，经受力计算分析，须在环索夹支撑架看台下方使用脚手架进行反顶，铺索平台如图5所示。

　　3.2.3 铺索平台施工方法

　　铺索平台搭设工艺流程:测量放样→搭设看台底部反顶架体→架体搭设区域进行看台保护→铺索自场中向两侧施工→搭设环索夹加密区铺索平台→搭设径向索，与看台框架柱刚性拉结。

　　

　　图5 铺索平台  

　　 

　　重复以上步骤，完成铺索平台搭设，如图6所示。

　　

　　图6 铺索平台搭设示意  

　　 

　　3.2.4 径向索安装作业平台

　　本工程采用整体提升的方式对上、下径向索进行安装，在提升前须搭设临时操作平台，因此，根据提升张拉设备的尺寸和质量、工装的尺寸和质量以及作业人员数量确定，径向索作业平台悬挑2.4m，宽0.9m，如图7所示。

　　

　　图7 径向索挂架示意 

　　 

　　3.2.5 铺索方法

　　1)铺放下径向索环梁一侧的索头垂放在高区看台外侧，环索一侧的索头铺放在环索支撑架上，如图8所示。

　　2)铺放上径向索铺放上径向索，并将其一端与环梁连接，另一端铺放在环索支撑架上。

　　3)铺放谷索铺放谷索至看台上，谷索环梁一端的索头在高看台上采用钢丝绳加固，另一端铺放在看台上，如图9所示。

　　4)铺放环索索夹及环索在环索平台上铺放环索索夹及环索，从中间向两边依次展开，环索两端与索塔暂不相连，分别将分叉索，上、下径向索的索头与环索索夹相连，如图10所示。

　　

　　图8 下径向索铺放示意  

　　 

　　

　　图9 谷索铺放示意  

　　 

　　

　　图1 0 环索索夹与径向索、分叉索连接示意  

　　 

　　5)铺放撑杆及上、下交叉稳定索采用塔式起重机将撑杆铺放在径向索桁架平台上，并将撑杆上节点和上径向索相连，如图11所示。用塔式起重机将上、下交叉稳定索铺放在看台上与谷索相连，如图12所示。

　　

　　图1 1 撑杆铺放示意  

　　 

　　

　　图1 2 稳定索与谷索铺放连接示意  

　　 

　　3.3 斜拉索张拉端确定及挂索

　　1)斜拉索张拉端确定斜拉索选择在索塔端挂索完成，从环索一端开始，将千斤顶置于索头处进行张拉。

　　2)斜拉索挂索斜拉索和背索的上节点安装采用塔式起重机和卷扬机配合施工，需在索塔顶端设置卷扬机牵引辅助平台。辅助平台的主要作用是设置卷扬机钢丝绳的吊点和拉索索体微调的导链反力点。平台由方钢和工字钢焊接而成。以索塔施工用的悬挑架作为斜拉索和背索上挂索作业平台。具体搭设形式如图13所示。

　　

　　图1 3 斜拉索挂索辅助平台搭设  

　　 

　　3)环索上人马道斜拉索工装的安装和拆除须在环索端进行，采用脚手管搭设在环索上搭设马道平台(见图14)。

　　

　　图1 4 环索上人马道示意  

　　 

　　4)斜拉索和背索挂索将斜拉索和背索的上节点与索塔上耳板相连，下端索头铺放在地面上。斜拉索和后背索的安装顺序为从下到上，如图15所示。

　　

　　图1 5 斜拉索和背索挂索顺序  

　　 

　　5)斜拉索和背索张拉端工装连接组装斜拉索下端索头与环索索夹连接的提升工装，通过履带式起重机辅助将斜拉索依次从中间向两侧逐步提升至空中位置(见图16)。组装背索下端索头与支座耳板连接的牵引工装(见图17)。

　　

　　图1 6 斜拉索张拉端工装连接  

　　 

　　

　　图1 7 背索张拉端工装连接  

　　 

　　3.4 张拉同步性研究

　　根据索网成型全过程仿真模拟计算结果，索系选择同步、对称、分级张拉的方案，索系张拉力均衡稳定变化，可控性强，对结构有利。

　　1)张拉设备选择根据张拉力选择液压千斤顶型号，保证在提升和张拉过程中设备具有足够的安全系数，张拉设备如表1所示。

　　  

　　表1 张拉设备 

　　 

　　 

　　

　　表1 张拉设备

　　2)同步提升张拉工艺流程工艺流程如图18所示。

　　

　　图1 8 同步提升张拉工艺流程  

　　 

　　3)张拉同步性控制措施(1)和设计方沟通，给出索塔在施工过程中的变形安全限值，施工过程中取该限值的0.5倍作为实际位移控制值;(2)施工过程中，一旦索塔变形超过位移控制值，立即采取措施进行纠偏;(3)以工装钢绞线长度控制提升的同步性，提升过程中严格保证各轴线提升千斤顶的行程一致。

　　3.5 结构变形协调性研究

　　索系张拉成型过程同时也是索塔和环梁、环柱结构内力重分布的过程，其边界条件的变形协调性至关重要，为此采取以下几方面保证措施。

　　1)对环梁和索塔结构施工过程进行实时监测，保证应力及变形偏差在设计要求范围内，为索系张拉提供可控的边界条件。

　　2)参考模拟计算数据及现场实测环梁位形变化数据，选择环梁满堂支撑架及环柱钢支撑安拆时机。

　　3)环柱钢支撑自卸荷挡板式节点设计考虑了索系张拉过程中钢支撑受力逐渐减小，在控制结构变形作用逐渐减小的过程中自动卸荷，选择时机拆除。

　　4 施工过程监测技术

　　为了确保施工过程中的安全性，考察施工过程中结构变形和内力变化规律，须对结构进行现场施工监测。本工程为复杂的柔性斜拉索桁结构体系，根据工程特点，确定施工监测内容主要为:索系索力监测、主体结构变形监测和主体结构应力监测。

　　4.1 索力监测

　　本工程索网包括斜拉索、环索、上径向索、下径向索、背索和谷索等。索力监测的目的是在索网施工过程中收集各索索力数据，与理论计算结果进行比较，分析并调整施工中产生的误差，提出后续施工应采取的技术措施，使结构成型态的拉索索力最大限度地满足设计要求，确保结构质量和使用安全。

　　索力监测主要针对主动索索力，用以控制索网施工。采用油泵加配套标定后的压力表对本工程所有斜拉索、下径向索、背索和谷索进行索力监测。

　　4.2 结构位移监测

　　结构位移监测的目的是通过建立理论分析模型和测试系统，在施工和使用过程中监测已完成的工程状态，收集控制参数，与理论计算结果进行比较，分析并调整施工中产生的误差，预测后续施工过程的结构形状，提出应采取的技术措施。

　　采用全站仪对环梁、索塔、环索结构和背索基础上选取的关键位形监测点进行位形监测，测点布置如图19所示。

　　4.3 结构应力监测

　　结构应力监测的目的是获取施工过程中承力构件的应力状态，与索网施工相关的构件主要为环梁、环柱、索塔和撑杆。

　　选取环梁、环柱、索塔和撑杆上的受拉敏感区作为应力监测点布置应力传感器(见图20～22)，采用BGK-4000弧焊型振弦式应变计进行监测。

　　4.4 监测结果分析

　　在索网施工过程中，对各关键施工阶段的索力、结构变形和结构应力进行同步监测，收集实测数据并与理论计算结果做对比，其索力偏差均在5%左右;索塔、环梁等结构变形均满足设计要求限值，背索基础基本无变形;索塔、环梁、环柱结构关键受拉区应力监测数据也满足设计要求。监测结果表明，斜拉柔性索桁结构成型态符合设计要求，索力和位形都得到有效控制，结构未出现较大变形，满足施工质量和安全要求。

　　

　　图1 9 位形测点布置示意  

　　 

　　

　　图2 0 环梁和索塔应力测点布设示意  

　　 

　　

　　图2 1 环柱应力测点布设示意  

　　 

　　

　　图2 2 撑杆应力测点布设示意  

　　 

　　5 结语

　　本工程斜拉柔性索桁结构自重小、刚度大、跨度大，造型新颖，构件数量和类型多，设计要求高，属新型结构体系，在国内外系首次采用。本文详细介绍了该结构实施的关键施工技术，在模拟分析和模型试验验证的基础上，确定了主动张拉索、斜拉索张拉端，优化了铺索、展索工艺，有效控制索结构张拉同步性、结构变形协调性，同步进行施工过程监测，确保了结构成型满足设计要求，保证了预张力精度，可为类似工程提供参考借鉴。