大跨度马鞍形体育场屋盖预应力钢索结构施工施工工艺技术

4.1工艺流程 24.1.1技术准备 24.1.2技术沟通与配合 34.1.3找形计算 34.1.4深化设计 34.1.4.1深化设计的重要性和必要性 34.1.5施工过程仿真 84.1.6与钢构方施工配合 84.2工艺参数 84.3施工方法 94.3.1索分段加工方案 94.3.1.1环索分段 94.3.1.2环索带应力长度 104.3.1.3上、下径索 124.3.1.44.3.1.4径索加工长度 124.3.2预应力钢索进场方案 154.3.2.1进场检验与材料报验 154.3.2.2临时存放与防护 154.3.3环索展索施工方案 164.3.3.1环索展索过程 164.3.3.2展索注意事项 184.3.4索系安装施工方案 214.3.4.1索夹安装 214.3.4.2环索安装施工 234.3.4.3径向索安装施工 294.3.5提升施工方案 304.3.5.1提升顺序 304.3.5.2提升过程技术准备 304.3.5.3提升难点分析与措施 354.3.6钢斜撑就位方案 354.3.6.1钢斜撑安装过程 354.3.6.2辅助提升机械选择 374.3.6.3撑杆安装节点相关说明 394.3.7张拉施工方案 404.3.7.1张拉施工整体方案 404.3.7.2张拉工序 404.3.7.3张拉工装 404.3.7.1.2张拉过程 414.3.7.1.3张拉径向索的优势 414.3.7.4张拉工序 424.3.7.5张拉原则 424.3.7.6预应力张拉施工 434.3.7.7预应力加载说明 434.3.7.8预应力损失及处理措施 444.3.7.9预应力钢索施工应急预案 444.3.8施工过程监测方案 454.3.8.1施工过程监测的目的和意义 454.3.8.2施工监测原则 454.3.8.3施工过程监测方法 464.3.8.4测点布置 464.3.8.5监测设备 474.4操作要求 484.5检查要求 494.1工艺流程本项目张拉分为张拉方案→理论分析→制作预应力索→设备运输→挂索→搭设张拉平台→张拉钢拉杆等流程。4.1.1技术准备预应力钢索施工专业化程度很高，前期需要大量的技术性工作，主要包括深化设计方案的制定、下料找型分析、深化设计、索夹实验、施工过程仿真分析、和施工方案的编制等，又因索产品是在工厂加工的成品运至现场，一旦前期准备工作出现偏差将严重影响工程施工质量、进度和安全，故前期技术准备工作是索结构施工的核心环节。4.1.2技术沟通与配合综上所述，前期技术准备具有非常主要的核心地位，且需要各方协同工作，参与单位一般有建设单位、设计单位、总承包单位、钢结构施工单位、索材供应商、节点产品供应商以及索专业施工单位，各参与单位的主要交叉内容如下：表4.1-1各方技术配合表序号项目名称内容1钢结构参建单位的技术配合与交流共同研究和参与编制钢结构专业施工单位整体钢结构施工方案，包括钢结构的施工流程、整体方案、时间节点、支撑架搭设、场地规划等，共同复核钢构件的施工偏差，并制定确实可行的解决预案。2设计单位的技术配合与交流（1）施工之前与设计单位确定张拉初始态、节点方案、实验研究、深化设计和制定施工过程中的处理预案等；（2）施工过程中，将现场的施工情况，尤其是施工异常情况及时反馈于设计单位，确保施工过程安全、可靠；（3）施工完毕后，提交整套的施工资料和现场数据，设计单位确定验收方案。3总承包单位的技术配合与交流明确施工任务，共同制定索结构施工专项方案，各项施工计划，包括整体施工进度计划、材料进场计划、人员及设备进场计划等，另外，施工用电、场地规划等要重点沟通与交流；施工完毕后，共同整体科研成果。4索材及节点产品供应商各类索材及节点材料的技术参数交流、复核以及核算，索产品的使用说明和注意事项，以及各类产品的供应周期等，这些都是影响施工进度和整体施工质量。5建设单位和监理单位的技术配合与交流及时报验各类材料、施工用工器具等，实施进行各项施工过程中及专项工程竣工验收，及时将各类施工数据上报监理、建设单位等。4.1.3找形计算因为索结构的非线性较强，拉索的下料长度需要通过找形计算分析得出，是索结构前期准备工作的核心内容。一旦索结构的下料不准确会导致索构件安装不上或得不到设计张拉值，将是个严重的质量事故，本方案根据本工程的特点通过计算软件进行有限元分析对该模型进行整体建模和找形计算，确定每段索构件的下料长度。4.1.4深化设计4.1.4.1深化设计的重要性和必要性施工任务明确后，便组织工程技术人员熟悉施工图纸，并根据设计图纸对各连接部位进行深化设计，深化设计内容包括索与其他构件之间的连接做法、索夹及其连接锚具的做法、索构件装配尺寸，索构件的装配尺寸需在找形计算的基础上确定的零应力状态下的装配尺寸。深化设计完成后形成一整套深化设计图纸提供各方进行复核，同时提供施工现场工程师，进行施工准备。1、深化设计原则和注意事项1）深化设计以安全可靠和实现设计意图为第一原则；2）深化设计要照顾后期的索结构施工，要便于施工、可实施性强；3）深化设计要考虑工程成本，要经济合理、避免无端浪费；4）外形美观、观感性要强，人们热衷于索结构的因缘之一便是索结构的造型独特、外表美观，因此索结构的深化设计要在之前的几个原则基础上追求结构受力与外观的完美结合。2、深化设计节点深化设计先根据设计图纸采用专业软件进行三维实体放样，再确定节点的形式、尺寸，如图下图所示。节点深化设计内容包括索具与铸钢连接节点的匹配设计、铸钢连接节点与钢构件的匹配设计等，本工程几个部位的节点设计方案如下表：表4.1-2节点设计一览表构件名称构件尺寸材质截面形式环索索夹见详细图纸铸钢件上径向索索夹见详细图纸铸钢件下径向索索夹见详细图纸铸钢件径向索索头见详细图纸预制件图4.1-1预应力钢索装配示意图1、环索分段和索构件的装配环索的分段与连接接头的位置是本工程深化设计的重要内容之一，环索分段不仅是个技术问题更重要的是经济问题，环索分段太多有利于结构施工和后期的调整，但是费用较高；反而言之，分段太少，由于单根索较长，无论是运输还是现场吊装作业难度都非常高，但是经济美观。本方案根据本工程特点，综合考虑结构传力、施工方便和成本造价等三个因素，初步拟定将环索沿体育场环向分为四段。分段在技术上考虑单根索长和索弯曲半径不能太小，因此将接头设置在椭圆形垂直于焦点的短轴附近，且6根环索的接头要互相错开，如图所示。图4.1-2环索分段示意图图4.1-3索夹对接示意图4.1.5施工过程仿真施工过程仿真时索结构施工技术准工作的重要内容之一，本工程的仿真意义尤为重要，通过施工仿真可以找出最佳的施工路线，是施工方案制定的基础，另外为其他技术工作，如施工工器具设计、设备配备的设计提供基础数据，是以上工作的直接依据，本方案在后面章节详细论述，本处不再赘述。4.1.6与钢构方施工配合1、根据图纸索杆系提升直至上径向索锚固完成后，环索尚未到达设计标高，并导致钢斜撑安装困难。需借助履带吊辅助提升环索索夹，使环索索夹和环梁锚固点之间的距离大于钢斜撑长度，方能使钢斜撑就位。而在此之前，钢斜撑及上下径向索之间的钢撑杆均由上径向索和环索组成的索网体系带入高空。2、由于体育场馆钢结构与索系都是很重要的组成部分，但是前期是先做钢结构，再做拉索体系，所以钢结构的支撑架除了满足前期钢结构对结构稳定性的需求外，还要满足索系施工的空间和安全空间的需求，以防引起严重的安全事故。钢构临时支撑架需在钢索张拉前卸载。4.2工艺参数本项目提升和张拉主要设备为穿心式液压千斤顶，其技术参数如下：表4.2-1选用千斤顶的主要技术参数表型号公称张拉力/kN公称油压/Mpa穿心孔径/mm张拉行程/mm主机质量/kg外形尺寸/mm使用阶段YDC75075048Ф6420048ф180×320拉索提升YDC1000100051Ф7820065Ф214×370拉索张拉

4.3施工方法4.3.1索分段加工方案4.3.1.1环索分段图4.3-1环索分段4.3.1.2环索带应力长度图4.3-2HS16B~HS32A索长加工图表4.3-1HS16B~HS32A索长表环索编号（16B-36A）HS16-BHS17HS18HS19HS20HS21HS22HS23HS24HS25HS26HS27HS28HS29HS30HS31HS32HS33HS34HS35HS36A总长/mmHS-1索段长度/mm5140.811988.510015.78060.16454.06182.87521.09361.911419.410122.89523.89956.010231.710323.910554.210800.710846.610728.210345.210102.05213.4194892.6HS-4索段长度/mm5159.412055.010088.58125.56518.96244.47584.39431.211483.710164.59547.39971.110244.310315.810497.610759.010835.010723.210343.810110.45236.7195439.6HS-5索段长度/mm5178.612121.110160.28190.06585.36307.37647.29499.811548.210208.49574.610009.710284.210385.910618.810846.510881.110771.310395.710165.15256.8196635.7初始预张力/kN9555.09563.09517.09436.09380.09347.09352.09381.09402.09397.09415.09427.09431.09410.09370.09348.09369.09415.09472.09559.09615.0图4.3-3HS36B~HS16A索长加工图表4.3-2HS36B~HS16A索长表环索编号（36B-16A）HS36-BHS37HS38HS39HS40HS01HS02HS03HS04HS05HS06HS07HS08HS09HS10HS11HS12HS13HS14HS15HS16A总长/mmHS-1索段长度/mm5213.411475.99019.77090.25773.85914.27844.110155.712505.610853.99965.910177.010171.510207.210144.310181.410080.19946.19800.39548.35140.7191209.3HS-4索段长度/mm5236.711544.99096.57159.05838.45985.57916.710234.512576.410894.69980.710180.910177.710206.110135.010171.710078.39953.29812.89577.05159.4191916.3HS-5索段长度/mm5256.911612.39167.97226.15903.06056.57986.010306.412642.510935.810030.910232.810228.710265.910209.910243.310145.210001.89864.09617.15178.6193111.6初始预张力/kN9615.09730.09824.09877.09920.09967.09972.09959.09900.09800.09747.09690.09634.09581.09541.09521.09530.09546.09565.09578.09555.0

图4.3-4HS05B~HS25A索长加工图表4.3-3HS05B~HS25A索长表环索编号（05B-25A）HS05BHS06HS07HS08HS09HS10HS11HS12HS13HS14HS15HS16HS17HS18HS19HS20HS21HS22HS23HS24HS25A总长/mmHS-2索段长度/mm5426.89948.210153.010149.110176.810102.310140.810045.89925.49781.09542.610281.011988.710016.28060.56453.26182.17521.29362.211419.35060.8191737.1HS-3索段长度/mm5447.49998.410204.910200.110236.610177.110212.410112.69974.09832.29582.710319.312054.810088.08125.06519.66245.07584.19430.811483.85082.8192911.6HS-6索段长度/mm5467.710013.210208.810206.310235.510167.910202.710110.99981.19844.79611.510356.612121.310160.78190.66584.56306.77647.49500.111548.15103.6193569.8初始预张力/kN9800.09747.09690.09634.09581.09541.09521.09530.09546.09565.09578.09555.09563.09517.09436.09380.09347.09352.09381.09402.09397.0图4.3-5HS25B~HS05A索长加工图表4.3-4HS25B~HS05A索长表环索编号（25B-05A）HS25BHS26HS27HS28HS29HS30HS31HS32HS33HS34HS35HS36HS37HS38HS39HS40HS01HS02HS03HS04HS05A总长/mmHS-2索段长度/mm5060.89521.99944.310218.110284.910465.310736.110817.810701.710318.710078.810430.011476.79022.47091.15773.95914.37845.710159.212507.95426.8193796.4HS-3索段长度/mm5082.89549.29982.910257.910354.910586.510823.610863.810749.710370.410133.610470.311544.19093.77158.15838.45985.47915.010231.012574.15447.4195012.7HS-6索段长度/mm5103.69572.79998.010270.610346.810529.910781.910852.310744.710369.110141.910516.811613.19170.67227.05903.06056.77987.710309.912644.85467.8195608.8初始预张力/kN9397.09415.09427.09431.09410.09370.09348.09369.09415.09472.09559.09615.09730.09824.09877.09920.09967.09972.09959.09900.09800.04.3.1.3上、下径索图4.3-6上径索、下径索平面图4.3.1.44.3.1.4径索加工长度表4.3-5上径索加工长度表径向索编号轴线长度/mmb/mma/mm系统长度/mm索段系统长度/mm初始预张力/kNSJXS0136301.5755.01811.033735.56870.51598.1SJXS0233063.9742.01809.030512.96888.01648.2SJXS0326664.5656.01803.024205.56929.61871.3SJXS0421305.3647.01793.018865.36990.51772.9SJXS0517815.9646.01786.015383.97044.91410.3SJXS0615670.9650.0950.014070.97903.11354.6SJXS0714005.2694.0980.012331.212331.22487.6SJXS0812666.7893.0980.010793.710793.72516.7SJXS0911230.9891.0980.09359.99359.92783.2SJXS1010343.1900.0980.08463.18463.13032.2SJXS119999.8813.0980.08206.88206.83330.7SJXS1210253.1871.0980.08402.18402.12982.4SJXS1311113.2870.0980.09263.29263.22625.9SJXS1412168.6619.0980.010569.610569.62308.8SJXS1513748.1619.0980.012149.112149.12076.8SJXS1615539.9667.0950.013922.97909.11308.3SJXS1717824.0700.0950.016174.07873.71515.1SJXS1821377.3739.0980.019658.37821.01881.4SJXS1926311.4766.01796.023749.46966.01849.1SJXS2031990.8815.01805.029370.86925.21742.9SJXS2134818.1820.01808.032190.16908.51637.6SJXS2231392.7822.01806.028764.76919.71663.4SJXS2325287.4766.01797.022724.46957.21853.7SJXS2419828.0772.0980.018076.07818.11817.1SJXS2515709.5717.0950.014042.57897.01394.5SJXS2612955.9669.0950.011336.97930.31261.7SJXS2710775.8718.0980.09077.89077.81561.5SJXS288859.2618.0980.07261.27261.21809.1SJXS297290.1618.0980.05692.15692.12063.8SJXS306563.8920.0980.04663.84663.82429.7SJXS315923.5870.0980.04073.54073.52708.8SJXS326072.9770.0980.04322.94322.92478.9SJXS336985.5846.0980.05159.55159.52248.3SJXS348646.5876.0980.06790.56790.52116.0SJXS3510162.0619.0980.08563.08563.02351.6SJXS3612454.2632.0950.010872.27892.61053.9SJXS3715381.7632.0950.013799.77856.61451.2SJXS3819802.9625.01795.017382.96963.41760.6SJXS3925759.2660.01806.023293.26908.71821.0SJXS4032466.6757.01810.029899.66878.31662.0

表4.3-6下径索加工长度表径向索编号轴线长度/mmb/mma/mm系统长度/mm索段系统长度/mm初始预张力/kNXJXS0136812.5580.01811.034421.56993.21575.3XJXS0232717.2622.01809.030286.26797.31865.6XJXS0325215.5614.01803.022798.56455.52091.6XJXS0418691.6596.01793.016302.65913.22145.0XJXS0514269.9599.01786.011884.95287.51426.8XJXS0611783.0601.0950.010232.05707.01025.3XJXS01611765.0638.0950.010177.05757.5878.1XJXS01713941.6639.0980.012322.65922.21500.8XJXS01818145.8637.0980.016528.86491.11801.5XJXS01924259.9634.01796.021829.96283.51904.2XJXS02031136.7634.01805.028697.76692.91712.5XJXS02134762.9638.01808.032316.96895.51534.7XJXS02230812.2636.51806.028369.76759.01509.7XJXS02323826.8636.01797.021393.86452.21847.6XJXS02417315.4638.4980.015697.06703.71924.9XJXS0269402.5687.5950.07765.05495.01089.5XJXS03610048.2600.0950.08498.26184.41368.7XJXS03713206.9601.0950.011655.96611.81496.7XJXS03818341.6598.01795.015948.66317.52145.5XJXS03925084.4620.01806.022658.46680.91928.3XJXS04032437.4615.01810.030012.46895.41728.7

4.3.2预应力钢索进场方案4.3.2.1进场检验与材料报验拉索进场后，需对索体、锚具及零配件的出厂报告、产品质量保证书、检验报告以及品种、规格、色泽、数量进行验收，如检查无误，应及时整理资料和材料产品检验批，报审到监理单位，进行物资资料报验。1、拉索尺寸复核此步骤对每根钢索长度逐根复核，由制作方进行监查，钢索质量控制服务人员进行旁站监督和记录。将浇注锚具之后的拉索重新张拉至设计要求的制作荷载，采用专用计量工具对拉索两端锚具孔中心之间的长度进行实测并记录，实测尺寸与图纸尺寸之间的最大误差不应超过±10mm，否则应视为不合格。2、成品检测索构件的加工制作精度和材料属性是否与设计图纸及本方案的深化设计一致，是本工程能否顺利实施的关键，然而，索构件一般均是在工厂内形成成品后运至现场，一旦出厂时出现偏差或精度不能满足要求，设计意图难以实现，将会给工程的质量、工期带来不利影响。我司在结合类似工程的相关经验，在索构件生产过程中拟派专职工程师和索材生产商共同进行成品索的出厂检验，包括成品索的索长确定、标记点位置、超张拉和索材弹性模量监测实验等。（1）成品索长度量测索长量测方法为径超张拉后成品拉索，卸载至20%的超张拉力时测量拉索长度，然后再换算成20℃，零应力时的拉索长度。在成品索长度测量时，根据本方案出具的深化设计图纸中索规格型号、装配形式，对每根成品索进行长度检验。（2）检查标记点标记点是索在下料状态下的节间长度特定标记，指导安装施工，一般在工厂加工时根据给定的条件（标记力）下进行标记，如图所示。若标记点遗漏或标记位置不准确，将给预应力钢索施工带来较大困难，因此标记点是索生产时一项重要的工作内容，索材出厂之前必须进行严格检查。根据类似工程经验，我司在索材生产时，与生产厂商进行沟通，约定时间按照深化图纸要求进行核查。（3）拉索弹性模量监测在成品索超张拉时，取1根作弹性模量试验监测，试验方法为利用超张拉监测时取得的索力与索长变化的数据，算出拉索的抗拉弹性模量，成品拉索的抗拉弹性模量不小于1.6×105MPa。4.3.2.2临时存放与防护钢索在防护前必须表面处理，认真除污。本工程钢丝束直接裸露在外。在施工过程中，为了避免对裸露钢索造成损伤，在钢索出厂时，首先在钢索外面缠绕一层塑料薄膜，然后在外面增加薄毛毡及塑料带。到达现场后，在放索过程中也要对索体进行保护，防止其摩擦破坏。预应力钢索及配件运输及吊装、运输过程中尽量避免碰撞挤压。为了防止在钢结构焊接过程中飞溅的火花灼伤索体，一方面要在索体表面缠绕防火布防护；同时如果焊接部位正下方有索体经过时，要在焊接部位下面搭设防止火花飞落的防火板，避免火花直接飞落到索体上。预应力钢索及径向钢拉杆在铺放使用前，应妥善保存放在干燥平整的地方，下边要有垫木，上面采取防雨措施，以避免材料锈蚀；切忌砸压和接触电气焊作业，避免损伤。4.3.3环索展索施工方案4.3.3.1环索展索过程拉索运输到现场后，按照施工方案指定位置进行堆放，且单根拉索重量最重的约为6t。根据现场场地布置要求，摆放拉索，保证拉索在安装过程中避开障碍物，同时保证拉索顺利放开并安装，最后，将所有拉索放置与成形后对应位置竖向投影位置处附近，完成放索工作。图4.3-7展索阶段场内平面布置图（1）拉索展索过程中先在两个通道口处做个平台，将展索盘放至通道口，用卷扬机牵引索头，索头放在放索小车上，将钢索在台阶上慢慢展开，挪动至胎架附近位置，由于环索比较重，必要时可以通过动滑轮来降低对卷扬机的要求，如下图所示：图4.3-8展索施工图（2）每个轴线转折点处设置一个滚筒，保证基本线型：图4.3-9滚筒装置示意图（3）为避免展开的预应力钢索与地面摩擦而损坏钢索，在展开的索下每隔5～6m放置小车。图4.3-9展索小车（4）过程中若有需要翻墙的，可以用三角牵引架提住索头进行翻越。图4.3-10翻越装置示意图（5）展索时，按照环向依次流水施工，展完一根，则将其从各个滚筒上挪下来，依次方法展完一段的六根索。利用1台70t履带吊和2台25t汽车吊一起铺放环索和径向索，每个吊钩下面设置一个扁担梁，在扁担梁上设置4个吊点起吊环索。第一步：铺放最内侧环索图4.3-11环索铺放示意图第二步：依次铺放其他位置的环索，铺放过程中需要将6根环索的标记点对齐。对齐的方法：在用吊车进行环索铺放的时候，每铺10m，用一个2t的手拉葫芦对钢索的位置进行调整，直到标记点对齐后临时固定，配合调平千斤顶，使环索对接头在同一标高上。（6）同理其他几段也是同样的方法进行，最后进行四段中三段接头的拼接，最后一段可能因为力值很大很难人工就位，等就位在胎架上后使用工具辅助拼接。4.3.3.2展索注意事项在放索过程中，因索盘绕产生的弹性和牵引产生的偏心力，索开盘时产生加速，导致弹开散盘，易危及工人安全，因此开盘时注意防止崩盘。软索的柔度相对较好，在开盘拉索展开过程中外包的防护层不除去，仅剥去索夹处的防护，在牵引索安装索球张拉索的各道工序中，均注意避免碰伤、刮伤索体。图4.3-12索盘放索装置示意图图4.3-13卧式卷盘拉索展开现场照片1）采用脱胎成圈包装运输时，应将拉索的两端锚具固定。2）拉索在运输到工地后，应将放置拉索的地方清理干净再将拉索取出水平放置在垫板上，带有索盘的拉索随索盘一起取出。如拉索运输到工地暂时没有使用应及时做好保护措施，存储在干燥、清洁、通风的仓库中。图4.3-14吊索示意图3）工地放索时应先将拉索放在放索盘上，然后沿索盘圈的反方向使索盘旋转打开，禁止拉索没有打开时直接竖直吊拉拉索。吊拉时应对两端锚具做好相应的保护措施，防止刮伤，碰撞。图4.3-15索头打开示意图4）不允许索体出现打结的现象，防止索体出现散股引起跳丝。严禁拉索直接在地面上拖拽，严禁随意乱放、乱扔。图4.3-16索体保护示意图5）避免拉索与其它坚硬的物质碰撞，摩擦，以免划伤索体的表面。当发现拉索两端锚具出现变形、扭曲、磨损，索体出现跳丝、散股、划伤、碰伤时，应立即通知专门人员进行检修确定修复后继续使用或报废。图4.3-17索头保护示意图6）拉索索头出厂时为热喷锌加环氧富锌底漆处理，属基本的防腐处理，待张拉安装完成后应再随钢结构一起做整体的防腐处理。7）拉索在工地现场施工时，难免会出现索体表面局部划伤的问题，如出现此类情况，可采用两种方式进行处理：（a）将划伤表面清洁干净后，再喷涂CRC冷镀锌漆；（b）将划伤表面清洁干净后，再喷涂不低于100μm厚度的环氧富锌底漆。8）对于大直径拉索，出厂前索体上每隔2米左右会用铁丝扎紧，到工地现场后，建议施工张拉前不要将铁丝解开，防止索体吊装时表层钢丝松散引起跳丝现象。9）严禁工程现场电焊时用索体作为导线使用，如作为电焊导线使用会引起表层钢丝断裂现象。4.3.4索系安装施工方案4.3.4.1索夹安装考虑到拉索安装态是零应力状态，并且现场不能量测拉索长度，在拉索制作时在张力条件下在索体表面标记索夹位置。图4.3-18拉索索夹位置标记图图4.3-19索夹标记线说明图图4.3-20对接头安装位置图将拉索展开后，采用电动扳手对高强螺栓施拧。按事先在生产厂家做好记号的位置安装索夹。索夹分上下夹板，上下夹板将索夹住后，螺栓穿过螺栓孔进行初拧，初拧按照斜对角交叉顺序进行，初拧扭矩用终拧扭矩的30~50%。螺栓均安装初拧完成后，再用终拧扭矩把螺栓拧紧，顺序同初拧顺序。图4.3-21索夹按标记位置及安装索夹大六角头高强度螺栓施工扭矩可由下式确定：Tc=K·Pc·d式中：Tc—施工扭矩（N.m）；K—高强度螺栓连接副的扭矩系数平均值，该值由复验测得的合格的平均扭矩系数代入；Pc—高强度螺栓施工预拉力（kN）；d－高强度螺栓螺杆直径（mm）。高强螺栓施工扭矩按表选用，为补偿应力松弛，施工扭矩比理论扭矩增加10%。表4.3-7高强螺栓施工扭矩螺栓设计预紧力（kN）扭矩系数理论扭矩（N.m）施工扭矩（N.m）形式规格级别大六角M2010.9S1550.14434478大六角M2410.9S2230.14749824大六角M2710.9S2900.1410961206大六角M3010.9S3540.1414871635高强度螺栓施工时应注意以下事项：（1）当天安装的高强度螺栓，当天终拧完；（2）螺栓穿入方向以便利施工为准，每个节点整齐一致；（3）螺母，垫圈均有方向要求，螺栓，螺母均标有级别与生产厂家；（4）因狭窄高强度螺栓扳手不宜操作部位，可采用加高套管或用手动扳手安装。可转动螺栓头，但必须根据试验调整紧固扭矩；（5）高强螺栓超拧应更换并废弃换下来的螺栓，不得重复使用；（6）安装中的错孔、漏孔不允许用气割开孔，错孔应严格按《钢结构工程施工施工质量验收规范》（GB50205）和《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规范》的要求进行处理；（7）当气温低于-10℃，停止作业。当磨擦面潮湿或暴露于雨雪中，停止作业；（8）高强螺栓的包装、运输与使用中应尽量保持出厂状态；（9）施工前必须对扭矩扳手进行标定。（10）高空施工时严禁乱扔螺栓、螺母、垫圈，严格回收，以免坠落伤人。（11）施拧后应及时涂防锈漆。（12）对于露天使用或接触腐蚀性气体的钢结构，在高强螺栓拧紧检查验收合格后，上下索夹间隙应及时用防水或耐腐蚀的腻子封闭。（13）索夹生浮锈后在组装前必须用钢丝刷清除掉。4.3.4.2环索安装施工根据本方案施工部署，环索部分的安装采用先在看台上展索，然后吊装至胎架上拼装固定的方法，单根环索最大约196m，计入索夹及索具等，总重量约420t，环索安装步骤如下：第一步：在场内把2段12根的索展开并将其中1个接头连接；第二步：将下层三根索用吊车一段一段的吊至已经搭好的胎架上的指定位置进行铺放并调平；图4.3-22吊装护索装置示意图第三步：放上索夹并与下层三根索完成索夹与下层环索索夹标记点对位与调整，索夹在吊车的辅助下，根据辅助标记线进行细部的对位与调整，并将索夹盖板螺栓进行初拧，初拧力值不大于设计力值的40%；由于本工程环索索夹较重约为2t，故需要吊车配合把环索索夹吊装到胎架上去，排放索夹的位置处的胎架所需的脚手架需要加密，以确保索夹放上去后胎架不会失稳。图4.3-23吊装环索索夹第四步：在就位的索夹位置处用同样的方法将上层3根索吊至指定位置，并进行上层环索的铺放与调平，下层索夹盖板全部初拧后进行上层环索的精确就位，如同下层环索一样进行标记线对位与调整；；第五步：所有的环索索夹完成位置的调整和与6根环索的固定后安装上层索夹盖板，上层环索全部调整对位后，安装上层索夹盖板，并将盖板螺栓拧至设计力值，环索索夹安装完毕。；第六步：将6根的最后一段接头用工具进行对接。具体如下图图4.3-24环索接头装置示意图图4.3-25环索接头装置示意图图4.3-26类似工程展索照片1）关于环索安装过程中的难度分析图4.3-27环索索夹所在轴线示意图有上弦索时环索位置环索无应力位置安装完成时环索位置有上弦索时环索位置环索无应力位置安装完成时环索位置图4.3-28索夹最大活动范围1200mm以体育场的中心为原点，40个索夹中心的定位坐标和胎架搭设高度如下表：表4.3-8环索索夹位置及胎架高度对应轴线XYZ胎架高度/mm01892.2-77608.30.0900.0026613.2-76577.70.0900.00313063.4-73549.40.0900.00420165.4-67946.70.0900.00527781.0-59370.30.0900.00633375.3-50591.50.0900.00737661.3-41487.20.0900.00840957.6-31735.00.0900.00943281.5-21322.60.0900.01044652.8-10627.20.0900.01145085.788.50.0900.01244628.810551.70.0900.01343276.620734.60.0900.01441028.930673.20.0900.01537913.840089.90.0900.01633915.148701.90.0900.01728554.257267.30.0900.01821095.165894.70.0900.01913659.871607.70.0900.0206798.374749.80.0900.021660.875739.40.0900.022-5761.074804.90.0900.023-13140.171505.80.0900.024-21088.365394.70.0900.025-28913.656338.40.0900.026-34335.447629.50.0900.027-38302.038966.90.0900.028-41314.029675.50.0900.029-43416.719993.60.0900.030-44674.710035.80.0900.031-45085.7-88.50.0900.032-44722.4-10179.00.0900.033-43503.2-20266.90.0900.034-41424.1-30180.30.0900.035-38316.4-39824.70.0900.036-34223.3-48873.10.0900.037-28515.7-58071.70.0900.038-20318.8-67485.30.0900.039-12223.8-73642.60.0900.040-5013.4-76812.20.0900.0本工程体育场的环索胎架布置与40个轴线对应，根据环索放样态曲线确定，每个胎架位置具体坐标详见如下图所示。图4.3-29环索胎架结构图图4.3-30其他项目胎架照片图4.3-31环索胎架布置图2）环索铺放与对接注意事项环索在地面展开完毕后，利用多台吊车，同时把环索提升到环索胎架上面。施工时需注意以下几点问题：（1）吊点位置折角太大，容易对索体造成损害；（2）吊装过程中对索体的保护；（3）卸吊时可能出现钢索位置不在图纸上标记位置；（4）环索拼接时，接头不在一个水平面上。对应处理措施：（1）在吊点处钢索上设置一个类似钢管装置，使钢索以一个缓和的曲线下去，避免有过大的折角出现；（2）索体出场自带的包装袋先不拆除，只在索夹位置剥开；（3）卸吊时尽量使钢索位置排放到环索胎架上的位置；（4）在每个接头下面设置两个千斤顶，通过环索接头对接装置，确保两个对接索头同轴、同心，环索索头对接装置由四个竖向千斤顶和2个侧向千斤顶组成，该装置能够调节两个索具的竖向和横向位置。4.3.4.3径向索安装施工径向索一共62根，最长约为36m，加索头和索夹约1.5t；考虑用吊车展索，卷扬机辅助，将径向索铺放在对应的每条轴线投影位置上。另考虑到提升只有40个点，故径向索的安装步骤如下：（1）将径向索放在展索盘内，用吊车吊起展索盘，然后用卷扬机牵引索头，工人分4组，每组5个人将径向索展开至对应的位置。（2）用滚筒和小车保持展索过程中的线型，待展索完毕后，用木枋垫着，将小车抽出。（3）按照径向索的标记点，完成径向索和索夹之间的就位与固定。图4.3-32类似工程标记点照片（4）将径向索的索头用导链提起来，与环索索头对应处连接。4.3.5提升施工方案4.3.5.1提升顺序图4.3-33整体提升顺序根据整体施工思路，索系在地面铺装完成，通过径向索整体提升，拟定40根上径向索同时提升，提升有以下几种工况：工况01：索系离开胎架0.5m时的提升开始状态；工况02：第一根上径向索（①）提升到位状态；工况03：第二根上径向索（㉑）提升到位状态；工况04：第三根上径向索（㉛）提升到位状态；工况05：所有上径向索提升到位状态施工模拟计算详见9.1.6提升工况分析。4.3.5.2提升过程技术准备索杆系提升是安装施工的关键内容之一，也是本工程施工的难点，本工程共布置62根径向索（其中上径向索40根，下径向索22根），选择其中的40根上径向索作为提升点。在提升过程中，将每个提升点的提升过程等分为相同的提升步，每个提升步约为50mm~100mm。提升准备阶段：（1）将工装设备，配件，传感器等等通过吊机吊上环梁，并连接好；（2）将要提升的径向索和工装索一端进行连接，工装索另一端与提升孔连接，在工装索上做好两种标记，一种是提升起始点的标记，二是100mm的刻度标记，作为我们提升位移的依据；图4.3-34工装索提升孔示意图（3）检查各提升点设备、工装件连接和控制系统是否连接可靠，同步提升系统的控制键是否正常；（4）进行预提升，预提升是对设备在负荷状态下的检查，是设备检查的工作的延续。预提升力控制在提升力的30%左右，一般持续半小时左右，以环索不脱离胎架为准；（5）预提升完毕并检查各设备工作正常，开始正式提升作业第一步--悬停，悬停作业是指将环索提升至脱离胎架一定高度，一般控制在1m左右，持续时间为1天，悬停期间需要查看各工装设备、控制系统工作是否正常外，还要查看钢构的工作状态，包括连接螺栓、焊缝以及临时支撑架的情况等，如有异常情况出现则立即停止提升作业，排除不利因素后在进行施工。（6）环索在提升过程中应缓慢提升，安排人员巡视位形情况；由于在提升过程中索杆系尚未形成结构，为柔性的机构体系，为防止受到风荷载等不利荷载的影响，设置6道揽风绳（与看台梁或地锚连接），保证索杆系在空中长时间悬停时的稳定，必要时可通过卷扬机或手拉葫芦来调整环索水平位移。图4.3-35揽风绳设置示意图正式提升阶段：（1）提升索杆系脱离胎架0.5m开始至第一根上径向索（即轴线①对应上径向索）到位；（2）继续提升至轴线㉑对应上径向索到位；（3）提升至轴线㉛对应上径向索到位；（4）提升至轴线⑪对应上径向索到位，此时全部上径向索索头均应到位（离锚固位置保持1.0m距离）。具体提升过程如下：①在场内组装环索、拉索展开并进行低空组装、高空提升张拉系统安装就位，并在看台上先后铺设下径向索和上径向索。体育场短轴剖面图体育场长轴剖面图②同步提升上径向索，并在低空累积安装竖杆与下径向索。体育场短轴剖面图体育场短轴剖面图③保持环索位形协调稳定，上径向索分批就位。体育场短轴剖面图体育场短轴剖面图④所有上径向索提升到位（离锚固位置预留1.0m的长度）。体育场短轴剖面图体育场短轴剖面图4.3.5.3提升难点分析与措施多点提升有以下难点：（1）同步性的保持：由于设备偏差，提升过程中有可能出现千斤顶进出缸不同步的现象；措施：若出现此现象则采用附加单顶进行逐个校正，使得整个过程同步。另外事先已经在工装索上画好相应的标记刻度了，过程中随时记录读数与汇报，并与有限元仿真计算结果进行分析对比，若无异常情况则进行下一步施工，若出现异常情况则停止施工，排查影响因素。（2）基本线型的保持：首先我们展索的时候就选择由平衡态偏移而来的缩小版环形，最大程度的保证初始形状；其次施工仿真模拟中采用微积分原理，建立很多个提升小段，对每一段的提升力进行细化，保证线型变化在可控范围内，并过程中逐一核对，保障每个提升点同比例提升，保证最终达到完成态的线型。（3）结构的安全性：刚离开胎架的时候由静摩擦力变成滑动摩擦可能会有一个不确定性的滑移距离，以及提升过程中由于不同步引起的偏移距离，都对环索与支撑架的距离提出要求，要保证有足够的安全距离；措施：对于刚离开胎架的滑移，在预提升过程中就观察哪些点可能起来的比较慢，将千斤顶放置在胎架下，顶起再落下，释放残余应力，改变摩擦系数，让离开胎架过程变得更稳定，减小滑移距离；对于提升过程中的偏移距离，目前钢结构的支撑架距离环索展索位置净距大于800mm，基本能够满足要求。（4）提升过程的安全性：过程中一旦不同步，可能会出现有几根索受力特别大的情况，很容易把钢绞线弄断，其次钢绞线多的话，也很容易造成有受力不均的情况，导致接连断裂。措施：每个提升点选择2根Ф21.6mm的钢绞线，增强破断力的同时，也增强了受力不均匀的上限值；其次提升过程中安装力传感器，设置预警值，超过预警值则停止提升，并迅速做出相应的调整。Ф21.6mm的钢绞线破断力每根530kN，一边1根，一共2根，总计破断力1060kN，提升过程中的最大力值为665.0kN，安全系数为1.59倍，完全满足安全性的要求。4.3.6钢斜撑就位方案4.3.6.1钢斜撑安装过程本工程索结构在东西侧各有9根下弦钢斜撑，上弦径向索提升到位后，由于索系尚未达到设计标高，钢斜撑的安装需借助履带吊辅助提升对应环索索夹，使其达到钢斜撑的安装高度后，将钢斜撑安装到位。本工程拟采用一台150t履带吊辅助提升环索索夹至要求标高后，利用预先固定在钢斜撑端部的钢丝绳牵引钢斜撑环至环梁锚固端，安装销轴锚固钢斜撑。如图所示，根据总体施工安排，简化施工流程和吊机行走路线，钢斜撑安装顺序为：㉗→㉟→㉞→㉘→㉙→㉝→㉜→㉚→㉛→⑦→⑮→⑭→⑧→⑨→⑬→⑫→⑩→⑪。图4.3-36履带吊辅助提升示意图图4.3-37提升点与钢撑杆编号示意图表4.3-9钢斜撑安装过程中的提升力和提升高度施工步骤提升点标高差/mm提升力/kN提升高度/mm安装钢斜撑㉗271655122.32000安装钢斜撑㉟352370159.22800安装钢斜撑㉞34124524.01600安装钢斜撑㉘281015150.41400安装钢斜撑㉙291215176.51550安装钢斜撑㉝331320169.51700安装钢斜撑㉜321275164.91600安装钢斜撑㉚30910126.01200安装钢斜撑㉛31640123.81000安装钢斜撑⑦72500174.03000安装钢斜撑⑮152680159.63100安装钢斜撑⑭141130150.21550安装钢斜撑⑧8950134.31400安装钢斜撑⑨91075158.41450安装钢斜撑⑬13960134.81350安装钢斜撑⑫12930145.31300安装钢斜撑⑩10655121.41000安装钢斜撑⑪11750111.67504.3.6.2辅助提升机械选择由上可知，钢斜撑安装阶段最大提升力为176.5kN，发生在安装钢斜撑㉙时，提升高度为1550mm，绝对标高为+64.157m；钢斜撑⑪绝对标高最大为+70.193m，此时提升力为111.6kN，提升高度为750mm。进入钢斜撑安装阶段后，履带吊的提升高度较高，选用一台150t履带吊进行辅助安装。150t履带吊机械性能参数如下图所示。图4.3-38150t履带吊尺寸表4.3-10150t履带吊性能参数图4.3-39履带吊行走路线及停机点4.3.6.3撑杆安装节点相关说明上径向索提升到位后，开始安装东、西两侧18根钢撑杆。撑杆与径向索索夹采用销轴连接，节点如下图所示：图4.3-40撑杆与径向索夹连接示意节点4.3.7张拉施工方案4.3.7.1张拉施工整体方案根据本方案第三章的整体施工部署所述，本工程张拉施工安装部分部位的索系分为逐个张拉和整体同步张拉的方案如下：本方案拟定只张拉径向索，通过张拉径向索来实现对环索的张拉，采用22个点同步张拉下径向索的张拉方案。4.3.7.2张拉工序图4.3-41张拉整体工序图4.3.7.3张拉工装（1）本方案拟定采用22套工装同步张拉下径向索。图4.3-42张拉工装示意图（2）张拉设备数量每个张拉点需要2台YDC1000千斤顶和1台油泵，根据张拉步需要的最多的数量另外额外配备2台。（3）千斤顶型号根据施工过程分析，拉索在张拉过程中最大的拉力值，并考虑一定的安全储备，选用YDC1000千斤顶。图4.3-43ZB4-500超高压油泵4.3.7.1.2张拉过程（1）张拉设备、操作平台安装到位后进行同步张拉；（2）先张拉到设计索力的25%；（3）暂停一段时间确认一切正常后（10min）继续张拉至设计索力的50%；（4）暂停一段时间确认一切正常后（10min）继续张拉至设计索力的75%；（5）暂停一段时间确认一切正常后（10min）继续张拉至设计索力的100%；（6）对环索索夹就位进行局部的力值调整，上述整个过程进行力值监控。4.3.7.1.3张拉径向索的优势降低施工难度：根据设计图纸，结构在平衡态下6根环索索力总计达到9972kN，张拉难度极大，而径向索的最大索力约为环索索力的1/8，因此施工难度大大降低；确保施工质量：环索索力较大，难以实施，其次单根环索太长，又经过若干索夹和整体带有双曲弧线，摩擦损失较大，不利施工开展，而多点张拉径向索可以解决上述问题；避免索体损伤，对结构耐久性有利：若要是张拉环索，则环索与索夹之间必须存在滑移，这样磨损较大，不利索体的长期使用，而张拉径向索则索夹与索体之间是夹持关系，整个受力过程中均不存在相对滑移；降低成本、节约工期：径向索张拉方案可以采用多点同时张拉方案，速度快，造价低，而采用环索张拉方案，则要采用多次循环张拉，速度慢，造价高。措施：每个张拉点选择2根Ф28.6mm的钢绞线，增强破断力的同时，也增强了受力不均匀的上限值；其次提升过程中安装力传感器，设置预警值，超过预警值则停止提升，并迅速做出相应的调整。Ф28.6mm的钢绞线破断力每根990kN，一边1根，一共2根，总计破断力1980kN，张拉过程中的最大力值为1412.6kN，安全系数为1.4倍，完全满足安全性的要求。4.3.7.4张拉工序（1）预应力钢索张拉前标定张拉设备张拉设备采用相应的千斤顶和配套油泵。根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对千斤顶、油泵进行标定。实际使用时，由此标定曲线上找到控制张拉力值相对应的值，并将其打在相应的泵顶标牌上，以方便操作和查验。（2）张拉控制应力根据设计要求的预应力钢索张拉控制应力取值。（3）张拉工装根据张拉端节点形式设计自制张拉工装。（4）预应力钢索张拉采用双控即预应力钢索的拉力、变形值及钢结构变形。预应力钢索张拉完成后，应立即测量校对。如发现异常，应暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。（5）张拉操作要点1）张拉设备安装：由于本工程张拉设备组件较多，因此在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心；2）预应力钢索张拉：油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，然后停止加压，完成预应力钢索张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。（6）预应力钢索张拉测量记录张拉前可把预应力钢索自由部分长度作为原始长度，当张拉完成后，再次测量原自由部分长度，两者之差即为实际伸长值。除了张拉长度记录，还应该把全站仪测得钢结构变形记录下来，以对结构施工期行为进行监测。（7）张拉质量控制方法和要求1）张拉力按标定的数值进行，用伸长值和压力传感器数值进行校核；2）认真检查张拉设备及与张拉设备相接的钢索，以保证张拉安全、有效；3）张拉严格按照操作规程进行，控制给油速度，给油时间不应低于0.5min；4）张拉设备形心应与预应力钢索在同一轴线上；5）实测伸长值与计算伸长值相差超过允许误差时，应停止张拉，报告工程师进行处理。4.3.7.5张拉原则钢索的张弦遵从同时张拉和分级张拉等两个原则。同时张拉：本工程体育场屋盖结构平面呈现椭圆形，采用22套张拉设备，22个点（和下弦提升点一致，即除18根钢斜撑外）循环张拉，确保预应力能较为均匀施加至结构上。分级张拉：本工程属柔性结构，预应力张拉需逐步实施，以免造成局部预应力过大，影响后续的张拉施工，同时也对结构造成不利影响，本方案考虑按照四级张拉，然后再针对性的微调，第一级张拉至设计预张力的25%（使径向索与钢斜撑就位），第二级张拉至设计预张力的50%，第三级张拉至设计预张力的75%，第四级张拉至设计预应力的100%。4.3.7.6预应力张拉施工对于钢索的预应力施加，根据模型仿真验算和设计相互校核得出预应力钢索的预拉力值。施加预应力的方法是：通过油泵将油压传给两个千斤顶，然后调节自身的调节套筒达到所要施加的力。张拉设备安装：由于本工程张拉设备组件较多，因此在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢拉杆在进行张拉时不产生偏心；在油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，超张拉5％左右，然后停止加压。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。4.3.7.7预应力加载说明（1）加载速度由于本工程张拉设备组件较多，因此在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心；油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，然后停止加压，完成预应力钢索张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。（2）张拉过程时间控制张拉过程需分阶段进行，以径索①张拉为例。如第一次张拉第1步（10%索力），此步骤再细分2阶段，每阶段间隔不小于15分钟。即当张拉力达到20%索力时，暂停15分钟，等索力稳定后继续张拉到40%索力，完成第一步（40%索力）施工。每根索按照上述步骤张拉至105%，斜索张拉完成。（3）张拉过程应力控制张拉千斤顶和油压表均经过当地计量测试院进行标定，可通过油压表读数精确得到张拉力。张拉施工单标明每根索每步张拉索力及张拉时需要达到的油压表读数，此表作为施工过程记录及张拉应力控制的依据。图4.3-44类似工程张拉照片4.3.7.8预应力损失及处理措施（1）张拉过程种预应力损失产生主要原因如下：1）钢索索体松弛；2）钢索索体锚具回缩变形：主要是调节螺杆变形；3）油压损失。4）节点摩擦使预应力产生损失。（2）控制措施为保证张拉力达到设计要求，并且根据大量工程经验，实际张拉过程中，采取超张拉的方法，每次超张理论计算张拉力的5％。4.3.7.9预应力钢索施工应急预案1、提升张拉前的准备（1）监查支座约束情况，考虑提升、张拉时结构状态是否与计算模型一致，以免引起安全事故；（2）提升和张拉设备张拉前需全面监查，保证张拉过程中设备的可靠性；（3）在一切准备工作做完之后，且径过系统的、全面的监查无误后，现场安装总指挥监查并发令后，才能正式进行预应力索提升和张拉作业；（4）结构提升和张拉前，应严格监查临时通道以及安全维护设施是否到位，保证张拉操作人员的安全；（5）最后提升和张拉前，应清理场地，禁止无关人员进入，保证索张拉过程中人员安全；（6）提升和张拉过程应严格按照方案进行，防止张拉过程中出现其它问题；（7）在预应力索提升和张拉过程中，测量人员应通过测量仪器配合测量各监测点位移的准确数值。2、提升过程中可能出现的问题（1）张拉设备故障，包括油管漏油，设备故障；（2）现场突然停电；（3）张拉过程不同步；（4）张拉后结构变形、索力与设计计算不符；3、张拉设备故障张拉过程中如油缸发生漏油、损坏等故障，在现场配备三名专门修理张拉设备的维修工，在现场备好密封圈、油管，随时修理，同时在现场配置2套备用设备，如果不能修理立即更换千斤顶。4、张拉过程断电张拉过程中，如果突然停电，则停止索张拉施工。关闭总电源，查明停电原因，防止来电时张拉设备的突然启动，对屋架结构产生不利影响。同时在张拉的时把锁紧螺母拧紧，保证索力变化跟张拉过程是同步的；突然停电状态下，在短时间内，千斤顶还是处于持力状态，并且油泵回油还需要一段时间，不