本发明涉及悬空构件安装技术领域，尤其涉及一种悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具及其方法。
背景技术：
膜结构是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体，具有非常高的技术含量。结合具体环境，膜索结构中设置悬空钢柱，可使结构造型更加独特，与膜布结合，可建造出表现力更加丰富的标志性形象工程。
悬空构件与周边结构依靠柔性拉索连接固定，依靠张拉上下拉索的张力使悬空构件达到设计状态并稳固。目前，公知的安装方法为采用特大型履带吊装或搭设满堂支撑架进行原位分段安装，然后安装上、下拉索，现场工作量大，安装复杂，措施费用高且安全隐患多，安全风险大。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具及其方法，旨在方便安装悬空构件，同时提高施工效率。
为实现上述目的，本发明提供一种悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具，包括铰接承重索机构以及铰接起升装置，其中，
所述铰接承重索机构包括牵引承重索和非牵引承重索；
所述铰接起升装置包括牵引索、方向稳固索、膜脊索、牵引电动卷扬机以及稳固电动卷扬机，牵引电动卷扬机以及稳固电动卷扬机均固定于对应的固定钢柱上；
牵引承重索和非牵引承重索的一端均与悬空构件的底端连接，牵引承重索和非牵引承重索的另一端与固定钢柱连接；
牵引索的一端与悬空构件的顶端连接，另一端与固定于固定钢柱上的牵引电动卷扬机连接；
方向稳固索的一端与悬空构件的顶端连接，另一端与固定于固定钢柱上的稳固电动卷扬机连接；
膜脊索的一端与悬空构件的顶端连接，另一端与固定钢柱连接。
优选地，所述悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具还包括安装于悬空构件两端的连接机构，牵引承重索、非牵引承重索、牵引索、方向稳固索以及膜脊索均通过连接机构与悬空构件连接。
优选地，所述连接机构包括套于悬空构件上的上环向加强板和下环向加强板、以及位于上环向加强板和下环向加强板之间的连接插板，上环向加强板和下环向加强板焊接于悬空构件上。
优选地，所述牵引承重索、非牵引承重索、牵引索、方向稳固索以及膜脊索均通过接索机构与连接插板连接，所述接索机构包括依次设置的双耳端接头、调节套筒以及热铸锚，热铸锚套于牵引承重索、非牵引承重索、牵引索、方向稳固索以及膜脊索上，双耳端接头通过销轴与连接插板连接。
优选地，所述牵引索和方向稳固索均通过无线测力仪与对应的电动卷扬机连接。
本发明进一步提出一种基于上述的悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方法，包括以下步骤：
将各牵引承重索和非牵引承重索与悬空构件的底端连接形成铰接机构，各牵引承重索和非牵引承重索还与对应的固定钢柱铰接连接，主牵引方向前侧的牵引承重索通过接长方式补足长度与固定钢柱连接，主牵引方向前侧的非牵引承重索通过接长麻绳方式与固定钢柱临时连接；
收紧牵引承重索，使悬空构件慢慢向前移动，当其重心超过支撑楼板梁的边缘，并使后侧承重索达到张紧状态后，将主牵引方向前侧的承重索与对应固定钢柱铰接连接；
慢慢松放牵引承重索，使悬空构件在自重作用下绕上部支撑部位慢慢旋转下移，直至所有承重索全部自然拉紧为止，拆除承重索接长索部分使原有承重索直接与固定钢柱铰接连接，悬空构件底端基本达到设计要求的平面位置；
安装牵引索、方向稳固索、膜脊索、牵引电动卷扬机以及稳固电动卷扬机，使牵引索、方向稳固索和膜脊索与悬空构件连接，并将牵引索与方向稳固索分别与牵引电动卷扬机和稳固电动卷扬机连接；
启动牵引电动卷扬机收紧牵引索，使悬空构件慢慢起升，收紧牵引索使悬空构件处于垂直状体后，连接并固定膜脊索，同时拆除牵引索接长索部分使原有牵引索直接与固定钢柱铰接连接。
优选地，启动牵引电动卷扬机收紧牵引索，使悬空构件慢慢起升的步骤中，调整方向稳固索的长度使悬空构件始终保持在预定的旋转面上，达到稳定状态。
优选地，所述启动牵引电动卷扬机收紧牵引索，使悬空构件慢慢起升，收紧牵引索使悬空构件处于垂直状体后，连接并固定膜脊索，同时拆除牵引索接长索部分使原有牵引索直接与固定钢柱铰接连接的步骤之后还包括：
通过扳手转动调节套筒调节对应拉索的有效长度，以调整悬空构件上、下端各方向各个拉索的长度，实现悬空构件安装的精确定位及垂直度偏差调整。
优选地，各牵引承重索和非牵引承重索均通过连接机构与悬空构件连接。
优选地，钢索接长采用卡环连接双耳端接头与接长索的方式；所述牵引索方向与起升旋转方向一致，稳固索方向垂直于牵引索方向。
本发明提出的悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具，具有以下有益效果：
1、承重索、牵引索、方向稳固索、膜脊索等可直接采用结构设计中采用的钢索，连接插板可采用现场常用钢板简单加工制造，无线测力仪、电动卷扬机等均为市场常用仪器设备，整套铰接承重索机构、铰接起升装置均可快速制作并组装完成；
3、通过增设无线测力仪，可实时监测应力大小，为张拉施工提供依据，同时无线接收端可解决仪器不方便观察的弊端；
4、铰接承重索机构以及铰接起升装置的铰接连接可通过销轴快速与连接插板连接，施工方便快捷；
5、铰接起升装置中的方向稳固索通过调节长度使悬空构件始终保持在旋转面上，有效保障施工的安全可靠；
6、本悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具拆装方便、施工便捷，具有较强的可操作性，同时其结构简单且工作可靠。
附图说明
图1为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具在起始阶段的安装示意图；
图2为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具在末阶段的安装示意图；
图3为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的悬空构件连接示意图；
图4为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的牵引索位置平面布置图；
图5为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的承重索位置平面布置图；
图6为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的钢索结构示意图；
图7为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的钢索接长示意图；
图8为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具中连接插板的结构示意图；
图9为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具中环向加强板的结构示意图；
图10为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方法在钢柱承重索安装阶段示意图；
图11为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方法在钢柱水平移动阶段示意图；
图12为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方法在钢柱下旋转阶段示意图；
图13为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方在牵引索、方向稳固索时的安装阶段示意图；
图14为本发明悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方法在旋转安装阶段示意图。
图中，1.1-连接插板，1.2-上环向加强板，1.3-下环向加强板，2.1-销轴，2.2-双耳端接头，2.3-调节套筒，2.4-热铸锚，2.5-钢丝索，3.1-牵引索，3.2-方向稳固索，3.3-膜脊索，3.4-牵引电动卷扬机，3.5-稳固电动卷扬机，3.6-无线测力仪，4.1-牵引承重索，4.2-非牵引承重索，4.3-麻绳，5.1-固定钢柱，5.2-钢桁架，6-悬空钢柱。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1至图9，本优选实施例中，一种悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具，包括铰接承重索机构以及铰接起升装置，其中，
铰接承重索机构包括牵引承重索4.1和非牵引承重索4.2；
铰接起升装置包括牵引索3.1、方向稳固索3.2、膜脊索3.3、牵引电动卷扬机3.4以及稳固电动卷扬机3.5，牵引电动卷扬机3.4以及稳固电动卷扬机3.5均固定于对应的固定钢柱5.1上；
牵引承重索4.1和非牵引承重索4.2的一端均与悬空构件的底端连接，牵引承重索4.1和非牵引承重索4.2的另一端与固定钢柱5.1连接；
牵引索3.1的一端与悬空构件的顶端连接，另一端与固定于固定钢柱5.1上的牵引电动卷扬机3.4连接；
方向稳固索3.2的一端与悬空构件的顶端连接，另一端与固定于固定钢柱5.1上的稳固电动卷扬机3.5连接；
膜脊索3.3的一端与悬空构件的顶端连接，另一端与固定钢柱5.1连接。
进一步地，本悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具还包括安装于悬空构件两端的连接机构，牵引承重索4.1、非牵引承重索4.2、牵引索3.1、方向稳固索3.2以及膜脊索3.3均通过连接机构与悬空构件连接。
连接机构包括套于悬空构件上的上环向加强板1.2和下环向加强板1.3、以及位于上环向加强板1.2和下环向加强板1.3之间的连接插板1.1，上环向加强板1.2和下环向加强板1.3焊接于悬空构件上。上环向加强板1.2与下环向加强板1.3由普通的20mm的q345b钢材按图9所示形状切割而成。连接插板1.1由普通的30mm的q345b钢材按图8所示形状切割而成，并开设直径+1.5mm的圆孔。连接插板1.1、上环向加强板1.2与下环向加强板1.3均焊接于悬空构件（本实施例中为悬空钢柱6）上。
具体地，牵引承重索4.1、非牵引承重索4.2、牵引索3.1、方向稳固索3.2以及膜脊索3.3均通过接索机构与连接插板1.1连接，接索机构包括依次设置的双耳端接头2.2、调节套筒2.3以及热铸锚2.4，热铸锚2.4套于牵引承重索4.1、非牵引承重索4.2、牵引索3.1、方向稳固索3.2以及膜脊索3.3上，双耳端接头2.2通过销轴2.1与连接插板1.1连接。
进一步地，牵引索3.1和方向稳固索3.2均通过无线测力仪3.6与对应的电动卷扬机连接，从而便于实时监测应力数值。
本悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具其使用过程如下。
1、施工前现场制作好连接插板1.1、上环向加强板1.2和下环向加强板1.3，在连接插板1.1开设直径+1.5mm的圆孔，准备好牵引电动卷扬机3.4、稳固电动卷扬机3.5、无线测力仪3.6以及卡环（此部分均为成品购买件）等；
2、将连接插板1.1、上环向加强板1.2和下环向加强板1.3焊接在悬空钢柱6的上、下端；
3、将牵引承重索4.1和非牵引承重索4.2通过销轴2.1与悬空钢柱6连接（通过连接机构和接索机构连接）形成铰接机构，主牵引方向后侧的非牵引承重索4.2可与对应固定钢柱5.1（通过连接机构和接索机构连接）铰接连接，主牵引方向前侧的牵引承重索4.1通过接长方式补足长度与固定钢柱5.1连接，主牵引方向前侧的非牵引承重索4.2通过接长麻绳4.3方式与固定钢柱5.1临时连接；
4、收紧牵引承重索4.1，使悬空钢柱6慢慢向前移动，当其重心超过支撑楼板梁的边缘，并使后侧承重索达到张紧状态，此时将主牵引方向前侧的承重索（包括牵引承重索4.1和非牵引承重索4.2）与对应固定钢柱5.1铰接连接；
5、慢慢松放牵引承重索4.1，使悬空钢柱6在自重作用下绕上部支撑部位慢慢旋转下移，直至承重索全部自然拉紧为止，此时，拆除承重索接长索部分使原有承重索直接与固定钢柱5.1铰接连接，此时悬空钢柱6底端基本达到设计要求的平面位置；
6、在悬空钢柱6的顶端安装牵引索3.1、方向稳固索3.2、膜脊索3.3（通过连接机构和接索机构连接）等，各索通过销轴2.1与悬空钢柱6及固定钢柱5.1连接形成铰接机构，安装牵引电动卷扬机3.4于固定钢柱5.1上，并与牵引索3.1连接形成牵引机构系统；
7、启动牵引电动卷扬机3.4，收紧牵引索3.1，使悬空钢柱6慢慢起升，起升过程中同时通过调整方向稳固索3.2的长度使悬空钢柱6始终保持在预定的旋转面上，达到稳定状态；
8、收紧牵引索3.1使悬空钢柱6处于垂直状体后，及时连接固定膜脊索3.3，同时拆除牵引索3.1的接长索部分使原有牵引索3.1直接与固定钢柱5.1铰接连接；
9、悬空钢柱6旋转垂直后，通过扳手转动调节套筒2.3调整对应拉索的有效长度，实现悬空钢柱6安装的精确定位及垂直度偏差调整。
本发明提出的悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具，具有以下有益效果：
1、承重索、牵引索3.1、方向稳固索3.2、膜脊索3.3等可直接采用结构设计中采用的钢索，连接插板1.1可采用现场常用钢板简单加工制造，无线测力仪3.6、电动卷扬机等均为市场常用仪器设备，整套铰接承重索机构、铰接起升装置均可快速制作并组装完成；
3、通过增设无线测力仪3.6，可实时监测应力大小，为张拉施工提供依据，同时无线接收端可解决仪器不方便观察的弊端；
4、铰接承重索机构以及铰接起升装置的铰接连接可通过销轴2.1快速与连接插板1.1连接，施工方便快捷；
5、铰接起升装置中的方向稳固索3.2通过调节长度使悬空构件始终保持在旋转面上，有效保障施工的安全可靠；
6、本悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具拆装方便、施工便捷，具有较强的可操作性，同时其结构简单且工作可靠。
本发明进一步提出一种悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方法。
参照图10至图14，本优选实施例中，一种基于上述的悬空构件预应力悬拉索旋转安装工具的安装方法，包括以下步骤：
步骤s10，将各牵引承重索和非牵引承重索与悬空构件的底端连接形成铰接机构，各牵引承重索和非牵引承重索还与对应的固定钢柱铰接连接，主牵引方向前侧的牵引承重索通过接长方式补足长度与固定钢柱连接，主牵引方向前侧的非牵引承重索通过接长麻绳方式与固定钢柱临时连接；
步骤s20，收紧牵引承重索，使悬空构件慢慢向前移动，当其重心超过支撑楼板梁的边缘，并使后侧承重索达到张紧状态后，将主牵引方向前侧的承重索与对应固定钢柱铰接连接；
步骤s30，慢慢松放牵引承重索，使悬空构件在自重作用下绕上部支撑部位慢慢旋转下移，直至所有承重索全部自然拉紧为止，拆除承重索接长索部分使原有承重索直接与固定钢柱铰接连接，悬空构件底端基本达到设计要求的平面位置；
步骤s40，安装牵引索、方向稳固索、膜脊索、牵引电动卷扬机以及稳固电动卷扬机，使牵引索、方向稳固索和膜脊索与悬空构件连接，并将牵引索与方向稳固索分别与牵引电动卷扬机和稳固电动卷扬机连接；
步骤s50，启动牵引电动卷扬机收紧牵引索，使悬空构件慢慢起升，收紧牵引索使悬空构件处于垂直状体后，连接并固定膜脊索，同时拆除牵引索接长索部分使原有牵引索直接与固定钢柱铰接连接。
步骤s50中，启动牵引电动卷扬机收紧牵引索，使悬空构件慢慢起升的步骤中，调整方向稳固索的长度使悬空构件始终保持在预定的旋转面上，达到稳定状态。
步骤s50之后还包括：
步骤s60，通过扳手转动调节套筒调节对应拉索的有效长度，以调整悬空构件上、下端各方向各个拉索的长度，实现悬空构件安装的精确定位及垂直度偏差调整。
另外，步骤s10中，各牵引承重索和非牵引承重索均通过连接机构与悬空构件连接。钢索接长采用卡环连接双耳端接头与接长索的方式；所述牵引索方向与起升旋转方向一致，稳固索方向垂直于牵引索方向。即所述牵引索与旋转钢柱所在平面，始终与钢柱旋转所在的起升旋转面一致；稳固索与旋转钢柱所在平面，始终垂直于钢柱旋转所在的旋转面。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。