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本文全面通过大量工程实例，介绍了预应力钢结构发展，及预应力新技术与空间结构新体系结合的新成果，内容全面，概念清晰，图文并茂，通俗易懂。这里分两期（No.37和No.38）刊出，供电力系统广大土木结构工程师参考。
---No.37---
第一章 综述
第二章 预应力钢结构设计基本规定
第三章 预应力钢结构设计分类与主要施工工艺
第四章 预应力钢结构施加预应力的主要方法
第五章 材料、锚具和节点构造
---No.38---
第六章 预应力钢结构工程实例
第七章 结语
6 预应力钢结构工程实例（浦东国际机场主楼钢屋架下弦钢索的安装与张控施工工艺）
6.1 工程概况
上海浦东国际机场主楼（即办公和休息大厅）结构为地上三层，局部地下一层的钢筋混凝土现浇框架，屋盖由梭子型钢屋架、钢托架和支撑系统组成，两端分别支撑于钢斜柱或混凝土框架上。每榀钢屋架上弦由三道方管并列组成，下弦为一根型号为M100×4mm或M90×4mm的巨型钢索组成（见图1），下弦钢索须待上弦钢管现场拼装检验合格后方可在现场进行安装与张拉，其施工质量直接影响到钢结构屋架的整体安装质量。
图1 钢结构屋架的组成
面临如此大跨度（跨度分别达到80m、48m和52m）、严尺寸（张拉钢结构尺寸误差为±3mm），高预应力（初张拉时索力分别达到600kV、250kN、290
kN、530 kN，二次张拉时索力要增加近一倍的要求），采用何种方法进行下弦钢索的安装、张拉是一个新课题。
6.2 下弦钢索安装与张拉的技术难点
6.2.1
下弦钢索的长度大，自重（包括钢索、锚杯、索球、螺杆）较重，且因为钢结构屋架上弦已在拼装用胎架上现场拼装好，R2屋架高端离地面超过10m，而下弦钢索的牵引场地宽约0.9m，比较狭窄，下弦钢索的移动、安装困难。
6.2.2
下弦钢索表面和索球表面、螺杆两端的螺纹不能有任何损伤，在施工过程中需采取措施严加保护。
6.2.3
当下弦钢索的一端安装好后，由于钢索的自重及内力，使得钢索的另一端要顺利穿过封头板，进入托架梁实现固定变得相当困难。
6.2.4
下弦钢索的张拉轴力约60t，且应使屋架上弦杆的起拱度达到设计的规定值，采用何种张拉机具和施工方案，需要慎重考虑。
6.2.5
当钢屋架吊装到混凝土主体结构上并牵引到位后，由于种种受力不均匀及施工荷载的影响，钢结构屋架变形可能超过了设计允许值，需对下弦钢索进行第二次张拉。
针对上述难点，我们充分发挥技术优势，自行设计了有利于施工的牵引小车、放索架、牵引头、索球固定小车等一系列实用的设备或工具，同时制定了相应的施工方案，保证了该项施工的顺利完成。
6.3 下弦钢索的安装
6.3.1 放索及钢索就位
将放索支架固定在胎架附近指定位置，并且固定牢靠，在放索架的另一端安装牵引钢索用的电动卷扬机。将钢索筒放入放索架上，固定好，用电动卷扬机上的钢丝绳拉住钢索牵出头端上的锚杯收紧；卸掉钢索筒上的固定用槽钢，然后将钢索牵引安放在钢屋架下的地面上。为方便放索，在胎架下端合适位置安装滚筒，在锚杯下安装专用小车。为防止损坏钢索外的保护屋，牵引过程中应将钢索放在索球固定小车上牵引。钢索牵引完后进行安装螺杆和索球。（见图2）
6.3.2 安装钢索固定端
用吊机和环琏葫芦进行钢索固定端安装，将二根螺杆穿过钢屋架封头板和锚梁，用螺母固定。安装时，索球固定小车不能拆除，便于钢索的整体移动及保护钢索。
图2 下弦钢索的牵引
图3 牵引端的安装
6.3.3 安装钢索牵引端
由于钢索、索球较重，总重约5t，安装钢索牵引端比安装钢索固定端困难。因此利用液压千斤顶张拉钢铰线的办法安装牵引端，即在锚梁上安装液压千斤顶反力架，在反力架上安装2台25t的穿芯式液压千斤顶。在螺杆头部装上牵引头，牵引头由钢铰线、锚座、锚片、螺纹保护套和连接卡套组成。钢铰线另一端安装在液压千斤顶上，操纵液压千斤顶向上张拉钢铰线以牵引螺杆到位，最后拧紧螺母，总牵引力不得大于26t。（见图3）
由于钢索两端是用2根2.5m长的螺杆固定在托梁上，故螺杆的螺纹的保护显得相当重要，故此设计了专用螺杆保护架和螺纹保护套（如图4所示）。
钢索固定端的安装，比较困难，因为钢索加上索球之后的总重量接受5t，当一端已经用螺杆与托架梁固定以后，在其自重影响下，钢索的另一端要顺利穿过封头板上的椭圆小孔，并且达到设计所规定的螺杆端头露出其不意190mm的尺寸，这并不是一件简单的事情。为解决这一问题，特设计了一套牵引工具头，见图5。
图4 用于保护螺纹的机具
图5 牵引头详图
为了能够尽量使钢索内力降低，钢索两端的螺杆应尽可能放到最长位置。将牵引工具头安装在螺杆端头，利用2台25t的液压千斤顶通过钢铰线同步牵引螺杆，使螺杆逐步牵引到位，当螺杆穿出锚梁后，应及时拆除螺杆保护套，最后拧紧螺母，并首先保证螺杆端头到螺母上表面的距离为190mm（如果等到钢索张拉好之后，钢索的强大内力使得要想再改变这个尺寸变得几乎不可能）。
6.4 下弦钢索的张拉
钢索安装完毕经检验合格后，进行钢索的张拉。钢索的张拉采用两种方案，即采用专门的大扭矩液压扳手或液压千斤顶装置进行。
6.4.1 选用张拉设备
根据工程特点，采用液压千斤顶和大扭矩液压扳手两种张拉设备，利用液压千斤顶张拉的特点是快速、高效，相对劳动强度较大；利用大扭矩液压扳手张拉的特点是科学、先进、劳动强度低，工作速度相对较慢。
张拉工艺
钢索张拉采取结构尺寸和索力双控的方法进行，即以尺寸控制为主，索力只需控制在设计允许的范围内，实际张拉过程中，应先以腹杆垂直度为标准，两端同时张拉，使之达到预定的索力，然后再进行跨度、起拱度的调整。
钢索安装完毕，经验收合格后，方可进行钢索张拉，钢索张拉采用液压千斤顶张拉和大扭矩液压扳手张拉两种方案，千斤顶张拉装置由QF50液压千斤顶、承重梁、接长螺杆等组成。接长螺杆与2.5m长螺杆连接，承重梁安装在接长螺杆上，液压千斤顶以承重梁为支承点，通过顶升锚标、拧紧螺母，达到钢索张拉的目的。大扭矩液压扳手由工作头（扳手体）、反力挡板、液压泵站、超高压胶管及控制电缆等部分组成。安装时只需将扳手体套在大六角螺母上，反力挡板靠在锚杯上，通过对遥控器的控制，即可实现扳手体的转动，从而拧紧螺母，在张拉过程中可在泵站上选择所需的工况（小扭矩快拧和大扭矩慢拧（见图6）。
6.4.2 张拉的控制
钢索的张拉在钢索的两端交替进行。对张拉的控制采用以钢屋架上弦起拱度变化控制为主，钢索轴力控制为辅。事先在钢屋架上弦杆涂有测量标高，钢索张拉时由测量技术人员仔细观察钢屋架上弦的起拱度情况，一旦达到规定值就立即停止张拉，同时也应控制钢索的轴力，不能通过无限制的增大轴力来达到合适的起拱度；由于张拉设备（包括大扭矩液压扳手和液压千斤顶）是通过压力值来测出钢索的轴力的，有一定的误差，只能参考，应当注意的是：每一泵站的压力值不能超过50MPa。
图6 钢索张拉示意
6.4.3 二次张拉
前面已经提及，当钢屋架吊装到混凝土主体结构上并牵引到位后，由于种种受力不均及施工荷载的影响，钢结构屋架变形可能超过了设计充许值，需对下弦钢索进行第二次张拉。
与第一次张拉不同，二次张拉只是针对有部分变形超过设计值的钢屋架进行，并且不再在钢索两端交叉进行，而只是在钢屋架的直柱一端进行，张拉设备与第一次所用的一致。这是为了确保施工质量而采取的技术措施。
图7 张拉完成
7 结束语
在施工过程中，针对具体问题，充分发挥技术优势。自行设计有利于施工的实用设备或工具（如本工程中设计的索引小车、放索架、牵引头、索球固定小车等），同时制定相应的施工方案，这对于解决施工难点、提高工程进度、确保施工质量起着相当重要的作用。
经验的积累是一种提高，后来在浦东国际机场航站区登机长廊和高架进厅的钢结构屋架的下弦钢索的安装张拉过程中，也遇到了与主楼钢屋架相类似的问题，只是局部细节根据实际略作调整即可解决，这些方面经过实际的施工检验是比较实用有效的，这也为以后解决类似工程再次积累了经验。
附图：
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