CN103883125A - 超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法 - Google Patents

Abstract

一种超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，提出采用分步提升整体张拉方法进行施工，对吊索、环索按设计长度下料，将吊索环索在地面拼装完成，选择吊索作为张拉索，并将吊索分批次分部提升，最后将吊索张拉安装就位，使整个索网结构张拉成型，该方法避免了张拉环索而导致施工难度大的问题、节省了施工人员以及机械的消耗，由于将动态连续的施工过程划分为各个施工阶段，每个提升阶段都是静态可控的，更有利于检测施工质量，形成了一整套全新超大跨马鞍形柔性索网结构施工技术，该施工方法高空作业量小，相对于传统的张拉提升工艺高空业量减少60%以上，取消了支撑塔架等辅助设施，施工工期缩短50%。可广泛应用于柔性索网结构施工。

Description

超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法

技术领域

 本发明涉及一种预应力空间结构施工方法，特别是一种索网结构施工方法。

背景技术

随着社会的发展，科技的进步，人们对于大跨度空间结构不断提出新的要求，这使得人们不得不创造出新的结构形式解决这种需要，具有造价低，受力合理、自重轻特点的空间结构随之产生。空间结构根据其刚度差异可以分为刚性空间结构、柔性空间结构。刚性空间结构主要包括网壳结构、立体桁架结构、折板结构等。这种结构本身具有良好的刚度，结构的形体由其本身的刚度形成。柔性空间结构主要包括悬索结构、膜结构等等，这类结构本身不具有刚度，其刚度是由于体系本身的预应力以及外荷载共同作用产生的。

在以上两种结构形式中，属于柔性空间结构的超大跨马鞍形柔性索网结构作为一种全新的空间整体张拉结构因其新颖的结构形式，美观的建筑造型的到了迅速的发展，是最具前途的结构形式之一。此类超大跨马鞍形柔性索网结构造型新颖、施工难度较大如何在施工阶段和使用阶段使其具有足够的安全度，始终是国内外学术界关心的问题。

张拉过程是超大跨马鞍形柔性索网结构施工的核心，传统的超大跨柔性索网结构施工需要搭设满堂红临时支撑到吊索成型标高位置，将吊索在临时支撑上展开，将吊索索头与吊索耳板连接安装后进行再张拉，该方法张拉施工周期长、需要安装大量脚手架，浪费人力物力以及成本，效率还不高，还没有相应的完整、安全、高效的适用于超大跨马鞍形柔性索网结构施工的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，要解决如何安全高效地实现超大跨马鞍形柔性索网结构施工的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，具体步骤如下：

步骤一，采用有限元分析软件，建立结构整体计算模型，进行各施工阶段仿真分析，给出结构在各施工阶段的位形和应力。

步骤二，在四周主体结构施工完毕后，通过全站仪对所有吊索耳板的孔中心进行测量并取平均值，确定吊索耳板的径向施工偏差。

步骤三，在主体结构中间的地面上铺设环索，并在环索周围连接吊索，并将吊索的调节量调到最大，所述吊索围绕环索呈放射形均匀分布。

步骤四，将全部吊索分为第一组吊索和第二组吊索，所述第一组吊索和第二组吊索的单根吊索之间相互交替分布，且每组吊索均围绕环索对称均匀分布。

步骤五，将第一组吊索中单根吊索的吊索索头与提升装置连接，所述提升装置同时与吊索耳板连接，所述第一组吊索的吊索索头和吊索耳板一一对应。

步骤六，按阶段同步提升第一组吊索，直到第一组吊索张拉就位、并与吊索耳板安装固定。

步骤七，将提升装置与吊索耳板拆除。

步骤八，将第二组吊索单根吊索的吊索索头与提升装置连接，所述提升装置同时与吊索耳板连接，所述第二组吊索的吊索索头和吊索耳板一一对应。

步骤九，对第二组吊索进行提升，直到第二组吊索张拉就位、并与吊索耳板安装固定。

步骤十，将提升装置与吊索耳板拆除。

步骤十一，通过吊车将谷索和脊索吊装到位、并安装在环索和主体结构之间，所述谷索和脊索围绕环索呈放射性分布。

谷索和脊索安装完成之后，在谷索和脊索之间安装膜，所述膜围绕环索呈放射性分布。

所述第一组吊索的提升过程分为环索离地1米、环索离地10米、环索离地20米、环索离地30米、吊索索头距离吊索耳板2米以及第一组吊索最后张拉安装就位六个阶段。

所述第二组吊索的提升分为两个阶段，第一阶段是将第二组吊索的吊索索头距离吊索耳板0.02米处的状态，第二阶段是第二组吊索张拉安装就位的状态。

所述有限元分析软件为ANSYSY或Midas。

所述提升装置包括承力架和至少两个自爬升式千斤顶，每两个自爬升式千斤顶对称穿过承力架的两端，两根钢绞线穿过自爬升式千斤顶和承力架分别与两个可转动叉耳连接，所述可转动叉耳为U形结构，钳口部位对称夹持在吊索耳板的两端，并由销轴与吊索耳板铰接；所述承力架与吊索的吊索索头固定连接。

所述吊索通过环索索夹与环索连接。

所述吊耳耳板固定在主体结构的上边缘。

所述谷索通过谷索耳板与主体结构连接、通过环索索夹与环索连接，所述谷索耳板固定在主体结构的上部。

所述脊索通过脊索耳板与主体结构连接、通过环索索夹与环索连接，所述脊索耳板固定在主体结构的上部。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明克服了传统施工方法效率低的缺点，解决了高效率、高质量完成索网张拉成型施工的技术问题。

在对超大跨马鞍形柔性索网结构的研究过程中，根据结构构件刚度小、体量大等特点，本发明提出采用分步提升整体张拉方法进行施工，对吊索、环索按设计长度下料，将吊索环索在地面拼装完成，选择吊索作为张拉索，并将吊索分批次分部提升，最后将吊索张拉安装就位，使整个索网结构张拉成型，该方法避免了张拉环索而导致施工难度大的问题、节省了施工人员以及机械的消耗，由于将动态连续的施工过程划分为各个施工阶段，每个提升阶段都是静态可控的，更有利于检测施工质量，可以及时调整，做到各阶段单独控制，从而保证最后整体张拉施工的质量，本发明针对超大跨马鞍形柔性索网结构施工中集成应用“施工全过程模拟”和“过程监控”等先进技术，提出了“地面整体组装、同步提升、一次张拉成型”的施工方法，形成了一整套全新超大跨马鞍形柔性索网结构施工技术。

本发明方案合理，能够省时省力、安全高质量地完成超大跨马鞍形柔性索网结构的施工，在整个施工过程中各提升单元均处于弹性阶段，同时能避免提升单元的内力出现峰值；本发明超大跨马鞍形柔性索网结构呈现对称性，采取对称部位同时提升的方法，这种对称的提升方法能使得吊索、环索受力更加均匀；本发明的高空作业较少，所使用的提升装置少、提升次数少降低了成本的同时也保证了安全性。

因此，采用本发明提供的方法进行施工，具有如下优点：

1）在索网结构成型以后，各位置索力均匀，能够将索力偏差控制在3%以内。

2）结环索标高和设计位置的误差控制在5mm以内。

3）由于不采用临时支撑，节约了工期和施工成本。

4）由于绝大部分操作均在地面完成，因此减少高空作业，保障了施工安全。

5）由于仅对吊索进行张拉，减少了张拉工序的时间。

综上，相对于传统超大跨马鞍形柔性索网结构施工方法，该施工方法高空作业量小，相对于传统的张拉提升工艺高空业量减少60%以上，取消了支撑塔架等辅助设施，施工工期缩短50%，具有很高的经济效益。

本发明可广泛应用于柔性索网结构施工。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的超大跨马鞍形柔性索网的结构示意图。

图2是本发明的第一组吊索的位置示意图。

图3是本发明的第二组吊索的位置示意图。

图4是本发明的提升装置的结构示意图。

图5是本发明的步骤五的示意图。

图6是图5中A节点的结构示意图。

图7是图6中A节点的环索索夹的结构示意图。

图8是本发明的第一组吊索的六个提升阶段中的环索离地10米的状态示意图。

图9是本发明的第一组吊索的六个提升阶段中的环索离地20米的状态示意图。

图10是本发明的第一组吊索的六个提升阶段中的环索离地30米的状态示意图。

图11是本发明的第一组吊索的六个提升阶段中的吊索索头距离吊索耳板2米的状态示意图。

图12是本发明的第一组吊索的六个提升阶段中的第一组吊索张拉安装就位的状态示意图。

图13是本发明的第二组吊索的两个提升阶段中的吊索索头距离吊索耳板0.02米处的状态示意图。

图14是本发明的第二组吊索的两个提升阶段中的第二组吊索张拉安装就位的状态示意图。

图15是本发明的谷索、脊索和膜的安装结构示意图。

附图标记：1-环索、2-吊索、2.1-第一组吊索、2.2-第二组吊索、3-吊索耳板、4-提升装置、4.1-可转动叉耳、4.2-钢绞线、4.3-承力架、4.4-自爬升式千斤顶、5-谷索、6-脊索、7-膜、8-主体结构、9-环索索夹。

具体实施方式

实施例参见图1所示，为本发明的超大跨马鞍形柔性索网的结构示意图，包括主体结构8和张拉在主体结构8中间上空的索网，所述索网包括环索1、吊索2、谷索5和脊索6。

本发明的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法的具体步骤如下：

步骤一，采用有限元分析软件，建立结构整体计算模型，进行各施工阶段仿真分析，给出结构在各施工阶段的位形和应力，所述有限元分析软件为ANSYSY或Midas。

步骤二，在四周主体结构8施工完毕后，在吊索安装前，通过全站仪对所有吊索耳板3的孔中心进行5次测量，测量过程中考虑了温度和偶然测量误差影响，取多次测量结果的平均值，精确确定了拉索耳板的径向施工偏差，根据测量结果确定吊索的调节量，从而有效消除了吊索耳板3施工偏差带来的影响。

步骤三，在主体结构8中间的地面上铺设环索1，并在环索1周围连接吊索2，参见图6、图7所示，所述吊索2通过环索索夹9与环索1连接，并将吊索1的调节量调到最大，以减小安装吊索时的拉力，所述吊索2围绕环索1呈放射形均匀分布，其中吊索2的安装长度为考虑偏差影响的设计长度，需要通过调节吊索自身具有的可调节长度的功能来消除耳板施工偏差，例如吊索耳板3沿径向向外偏移了5cm，吊索就要相应的就调长5cm。

步骤四，参见图2、图3所示，将全部吊索2分为第一组吊索2.1和第二组吊索2.2，所述第一组吊索2.1和第二组吊索2.2均有72根，单根吊索之间相互交替分布，且每组吊索均围绕环索1对称均匀分布。

步骤五，参见图4、图5所示，将第一组吊索2.1中单根吊索的吊索索头与提升装置4的钢绞线4.2连接，所述提升装置4的钢绞线4.2同时与吊索耳板3连接，所述第一组吊索2.1的吊索索头和吊索耳板一一对应。

步骤六，参见图8、图9、图10、图11、图12所示，按阶段同步提升第一组吊索2.1，直到第一组吊索2.1张拉就位、并与吊索耳板3安装固定，所述第一组吊索2.1的提升过程分为环索离地1米、环索离地10米、环索离地20米、环索离地30米、吊索索头距离吊索耳板2米以及第一组吊索最后张拉安装就位六个阶段。

步骤七，将提升装置4的钢绞线4.2与吊索耳板3拆除。

步骤八，参见图13、图14所示，将第二组吊索2.2单根吊索的吊索索头与提升装置4的钢绞线4.2连接，所述提升装置4的钢绞线4.2同时与吊索耳板3连接，所述吊耳耳板3固定在主体结构8的上边缘，且与第二组吊索2.2的吊索索头一一对应。

步骤九，对第二组吊索2.2进行提升，直到第二组吊2.2索张拉就位、并与吊索耳板3安装固定，所述第二组吊索2.2的提升分为两个阶段，第一阶段是将第二组吊索的吊索索头距离吊索耳板0.02米处的状态，第二阶段是第二组吊索张拉安装就位的状态，预应力吊索提升安装采用双控模式，即控制吊索的拉力及结构整体的变形值：每个提升状态完成后，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。

步骤十，将提升装置4的钢绞线4.2与吊索耳板3拆除。

步骤十一，参见图15所示，通过吊车将谷索5和脊索6吊装到位、并安装在环索1和主体结构8之间，所述谷索5和脊索6围绕环索1呈放射性分布，所述谷索5通过谷索耳板与主体结构8连接、通过环索索夹与环索1连接，所述谷索耳板固定在主体结构8的上部，所述脊索6通过脊索耳板与主体结构8连接、通过环索索夹与环索1连接，所述脊索耳板固定在主体结构8的上部。

步骤十二，谷索5和脊索6安装完成之后，在谷索5和脊索6之间安装膜7，所述膜7围绕环索1呈放射性分布。

参见图4所示，所述提升装置4包括承力架4.3和至少两个自爬升式千斤顶4.4，每两个自爬升式千斤顶4.4对称穿过承力架4.3的两端，两根钢绞线4.2穿过自爬升式千斤顶和承力架分别与两个可转动叉耳连接4.1，所述可转动叉耳4.1为U形结构，钳口部位对称夹持在吊索耳板3的两端，并由销轴与吊索耳板3铰接；所述承力架4.3与吊索2的吊索索头固定连接，自爬升式施工装置进行自爬升式施工的方法，具体步骤如下：

步骤一，根据实际需要选择钢绞线的规格和自爬升式千斤顶的规格；

步骤二，用销轴将可转动叉耳和钢绞线对称固定在吊索耳板上；

步骤三，将承力架安装在吊索的下端，并将钢绞线的下端穿过承力架；

步骤四，将自爬升式千斤顶安装到承力架上，并将钢绞线安装到自爬升式千斤顶中；

步骤五，启动自爬升式千斤顶，自爬升式千斤顶推动承力架和吊索沿着钢绞线进行爬升。

施工前期技术准备：

1）通过施工全过程模拟仿真分析，给出结构在各施工状态的位形和内力。

2）通过误差分析确定拉索的下料误差控制值和支座的施工误差控制值。

结构安装阶段的技术要点：

1）将环索与吊索在地面铺设完毕。

2）准确测量钢结构耳板的施工偏差，对施工误差带来的影响通过调节吊索、谷索、脊索的索长进行弥补。

结构张拉成型阶段的技术要点：

1）根据吊索耳板的施工偏差和吊索下料误差确定吊索张拉时需要张拉的量值，主要是吊索调节套需要调节的量值。

2）确定张拉时的分级和张拉批次。对于超大跨度马鞍形多层索网结构，在张拉过程中一般分为多级将结构张拉到位，分级的原则是按照调节套筒需要调节的量值等分或者以张拉量值递减的方式分。对于张拉批次，可以采用所有外斜索同步张拉，也可以根据吊索的数量分2批或者3批进行张拉。

3）除了最后一级张拉，在张拉过程中按照位移进行控制，按照监测的索力进行校核。

4）在最后一级张拉时，以索力为主，以监测的位移进行校核。

Claims (10)

1.一种超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，采用有限元分析软件，建立结构整体计算模型，进行各施工阶段仿真分析，给出结构在各施工阶段的位形和应力；

步骤二，在四周主体结构（8）施工完毕后，通过全站仪对所有吊索耳板（3）的孔中心进行测量并取平均值，确定吊索耳板（3）的径向施工偏差；

步骤三，在主体结构（8）中间的地面上铺设环索（1），并在环索（1）周围连接吊索（2），并将吊索1的调节量调到最大，所述吊索（2）围绕环索（1）呈放射形均匀分布；

步骤四，将全部吊索（2）分为第一组吊索（2.1）和第二组吊索（2.2），所述第一组吊索（2.1）和第二组吊索（2.2）的单根吊索之间相互交替分布，且每组吊索均围绕环索（1）对称均匀分布；

步骤五，将第一组吊索（2.1）中单根吊索的吊索索头与提升装置（4）连接，所述提升装置（4）同时与吊索耳板（3）连接，所述第一组吊索（2.1）的吊索索头和吊索耳板一一对应；

步骤六，按阶段同步提升第一组吊索（2.1），直到第一组吊索（2.1）张拉就位、并与吊索耳板（3）安装固定；

步骤七，将提升装置（4）与吊索耳板（3）拆除；

步骤八，将第二组吊索（2.2）单根吊索的吊索索头与提升装（4）连接，所述提升装置（4）同时与吊索耳板（3）连接，所述第二组吊索（2.2）的吊索索头和吊索耳板一一对应；

步骤九，对第二组吊索（2.2）进行提升，直到第二组吊（2.2）索张拉就位、并与吊索耳板（3）安装固定；

步骤十，将提升装置（4）与吊索耳板（3）拆除；

步骤十一，通过吊车将谷索（5）和脊索（6）吊装到位、并安装在环索（1）和主体结构（8之间，所述谷索（5）和脊索（6）围绕环索（1）呈放射性分布。

2.根据权利要求1所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：谷索（5）和脊索（6）安装完成之后，在谷索（5）和脊索（6）之间安装膜（7），所述膜（7）围绕环索（1）呈放射性分布。

3.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述第一组吊索（2.1）的提升过程分为环索离地1米、环索离地10米、环索离地20米、环索离地30米、吊索索头距离吊索耳板2米以及第一组吊索最后张拉安装就位六个阶段。

4.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述第二组吊索（2.2）的提升分为两个阶段，第一阶段是将第二组吊索的吊索索头距离吊索耳板0.02米处的状态，第二阶段是第二组吊索张拉安装就位的状态。

5.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述有限元分析软件为ANSYSY或Midas。

6.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述提升装置（4）包括承力架（4.3）和至少两个自爬升式千斤顶（4.4），每两个自爬升式千斤顶（4.4）对称穿过承力架（4.3）的两端，两根钢绞线（4.2）穿过自爬升式千斤顶和承力架分别与两个可转动叉耳连接（4.1），所述可转动叉耳（4.1）为U形结构，钳口部位对称夹持在吊索耳板（3）的两端，并由销轴与吊索耳板（3）铰接；所述承力架（4.3）与吊索（2）的吊索索头固定连接。

7.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述吊索（2）通过环索索夹（9）与环索（1）连接。

8.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述吊耳耳板（3）固定在主体结构（8）的上边缘。

9.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述谷索（5）通过谷索耳板与主体结构（8）连接、通过环索索夹与环索（1）连接，所述谷索耳板固定在主体结构（8）的上部。

10.根据权利要求1或2所述的超大跨马鞍形柔性索网张拉成型施工方法，其特征在于：所述脊索（6）通过脊索耳板与主体结构（8）连接、通过环索索夹与环索（1）连接，所述脊索耳板固定在主体结构（8）的上部。

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