一种带有柔性索网边界的斜拉索施工方法与流程

本发明属于预应力钢结构施工技术领域，具体为一种带有柔性索网边界的斜拉索施工方法。

背景技术：

把桥梁工程中的斜拉桥的概念引进到建筑结构中，衍生出多种斜拉建筑结构，是一种复杂的大跨度空间钢结构形式。斜拉结构一般由塔柱、斜拉索和悬挂体组成。斜拉索可以通过塔柱把柔性索网拽起形成一个张力斜拉结构。斜拉索为悬挂体结构增大了屋盖的净跨度，因而，斜拉结构常常应用于飞机库、体育场馆屋盖、会展中心等建筑。

现有的斜拉结构，因其悬挂体普遍为刚性屋盖，其斜拉索一般采用高空安装张拉工装，张拉端在吊塔端，高空作业危险性极高，且需要超大型机械设备方可满足施工要求，既不安全又不经济。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带有柔性索网边界的斜拉索施工方法，以解决现有斜拉索安装方法普遍针对刚性屋盖，高空作业危险性极高，且需要超大型机械设备方可满足施工要求，既不安全又不经济的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种带有柔性索网边界的斜拉索施工方法，包括以下步骤：

s1、斜拉索挂索前的准备工作：对环索节点的索夹进行深化设计，确定环索节点铺放时的空间位置，搭设径向索支撑胎架、环索支撑胎架，然后基于径向索支撑胎架和环索支撑胎架铺放径向索和环索，并利用索夹将径向索和环索连接；

s2、高空安装斜拉索一端的锚具：在吊塔的塔顶搭设钢架平台，设置动滑轮组吊装装置，提升斜拉索一端锚具并将其与吊塔的锚固端连接；

s3、提升斜拉索另一端的锚具：利用汽车吊辅助组装提升装置将斜拉索另一端的锚具与环索节点连接，采用对称提升和分级张拉。

优选地，所述索夹包括索夹本体、环索索头、径向索耳板、斜拉索耳板和斜拉索辅助耳板，所述斜拉索辅助耳板连接在斜拉索耳板的两侧，并且两个斜拉索辅助耳板的孔心与斜拉索耳板的孔心位于同一条直线上。

优选地，s1中环索节点铺放时空间位置的确定方法为：以环梁耳板的孔心为圆心，以径向索的长度为半径画圆，将环梁耳板的孔心与高看台边之间连线，其延长线与圆的交点即为环索节点铺放时的空间位置。

优选地，所述环索支撑胎架和径向索支撑胎架都搭设在看台上，环索支撑胎架和径向索支撑胎架的连接节点处为环索节点支撑胎架，所述环索支撑胎架的顶部标高为环索节点铺放时空间位置z坐标，径向索支撑胎架高度等于环梁耳板的孔心与高看台边之间的距离。

优选地，s1中径向索和环索的铺放方法为：

s11、在环索支撑胎架和径向索支撑胎架的连接节点处的环索节点支撑胎架上铺设钢板平台，将放索盘吊至钢板平台上；

s12、在环梁上安装卷扬机，卷扬机上的钢丝绳与径向索放索小车连接，径向索的索头与径向索放索小车连接，卷扬机牵引径向索在径向索支撑胎架上展开；

s13、采用履带吊和卷扬机配合将径向索安装就位；

s14、吊移放索盘，将环索节点吊装至钢板平台上；

s15、将径向索与环索节点连接，将环索与环索节点连接。

优选地，s2中的钢架平台搭设前，通过有限元软件计算得出钢架平台的应力和变形分布。

优选地，s2中动滑轮组吊装装置包括设置在吊塔的塔底的卷扬机、固定在预设吊点的定滑轮、连接在卷扬机和定滑轮之间的钢丝绳、以及设置在钢丝绳上的动滑轮，钢丝绳的一端与定滑轮连接，另一端依次穿过动滑轮、定滑轮并与卷扬机连接。

优选地，s2中斜拉索一端锚具的提升方法包括以下步骤：

s21、在吊塔塔底放置放索盘，将斜拉索一端锚具固定于动滑轮；

s22、提升斜拉索一端锚具至吊塔锚固端耳板，将斜拉索一端锚具与吊塔锚固端耳板连接；

s23、履带吊吊起放索盘悬空，随车吊牵引斜拉索另一端锚具在场地内展开，直至斜拉索铺放完毕。

优选地，s3中汽车吊辅助组装提升装置的布置方法为：通过有限元软件计算得出钢绞线下料长度，组装插耳并提升钢绞线，安装插耳至对应编号的环索节点，组装斜拉索张拉工装和千斤顶。

优选地，s3中对称提升和分级张拉方法包括以下步骤：

s31、采用2台随车吊对称吊起两个环索节点脱离架体，采用2台履带吊对称吊起两个斜拉索张拉工装，同时预张拉钢绞线，至斜拉索张拉工装与环索节点的高度相同，此时履带吊松钩；

s32、继续提升斜拉索，直至钢绞线到达计算理论长度，此时随车吊松钩；

s33、重复s31和s32，顺序从场地中心对称开始，直至最后靠近吊塔的两根斜拉索完成为止，东西两侧结构先后进行；

s34、全部斜拉索提升完毕后，斜拉索分级张拉，根据等比例同步张拉原则，通过有限元软件计算出每级钢绞线张拉长度；

s35、调整索夹，安装销轴，最后完成斜拉索的安装。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：本发明的斜拉索安装方法针对柔性索网边界，斜拉索安装时，在低空胎架上拼装完柔性索网后，先连接吊塔与斜拉索上端锚具，再在低空安装张拉工装，张拉斜拉索下端锚具就位。低空安装张拉工装避免高空作业危险性，提高了施工安全度，保证了斜拉索的安装质量，有利于降低工程造价。

附图说明

图1为带有柔性索网边界的斜拉索施工完成示意图。

图2为索夹的示意图。

图3为索夹与环索、径向索的连接示意图。

图4为确定环索节点铺放时空间位置方法的示意图。

图5为径向索支撑胎架、环索支撑胎架和环索节点支撑胎架的示意图。

图6为基于径向索支撑胎架铺放径向索的示意图一。

图7为基于径向索支撑胎架铺放径向索的示意图二。

图8为吊塔塔顶搭设钢架平台的示意图。

图9为动滑轮组吊装装置的示意图。

图10为利用汽车吊辅助组装提升装置提升斜拉索下端锚具的示意图。

图11为斜拉索对称提升和分级张拉的示意图一。

图12为斜拉索对称提升和分级张拉的示意图二。

图13为斜拉索对称提升和分级张拉的示意图三。

附图标注：1-吊塔、2-斜拉索、3-柔性索网、4-索夹、41-索夹本体、42-环索索头、43-径向索耳板、44-斜拉索耳板、45-斜拉索辅助耳板、5-环梁、6-环索节点、7-钢绞线、8-高看台边、9-环梁耳板、10-斜拉索张拉工装、11-随车吊、12-径向索支撑胎架、13-环索支撑胎架、14-环索节点支撑胎架、15-径向索放索小车、16-径向索、17-放索盘、18-钢板平台、19-卷扬机、20-钢丝绳、21-返点三角架、22-环索、23-钢架平台、24-吊塔女儿墙、25-预埋件、26-动滑轮、27-履带吊、28-定滑轮。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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，而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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

斜拉结构一般由塔柱、斜拉索和悬挂体组成，悬挂体可以是网架、拱结构、刚性梁、钢桁架等刚性屋盖结构，也可采用柔性索结构。

针对悬挂体为柔性索网的斜拉结构，斜拉索的安装方法大体分为两种思路：一种是在低空胎架上拼装完柔性索网后，先连接柔性索网与斜拉索下端锚具，再高空安装张拉工装，张拉斜拉索上端锚具就位（此为时张拉端为刚性边界条件）。另一种是在低空胎架上拼装完柔性索网后，先连接吊塔与斜拉索上端锚具，再在低空安装张拉工装，张拉斜拉索下端锚具就位（此时张拉端为柔性边界条件）。

本发明则采用第二种思路施工带有柔性索网边界的斜拉索。如图1所示，柔性索网3包括径向索16和环索22，径向索16和环索22之间通过索夹4连接。径向索16和环索22的连接处为环索节点6。径向索16的一端与环梁5顶端的环梁耳板9连接。斜拉索2的下端与环索节点6连接，上端与吊塔1的锚固端耳板连接。

一种带有柔性索网边界的斜拉索施工方法为：

1、斜拉索2挂索前的准备工作

对环索节点6的索夹4进行深化设计，确定环索节点6铺放时的空间位置，搭设径向索支撑胎架12、环索支撑胎架13，然后基于径向索支撑胎架12和环索支撑胎架13铺放径向索16和环索22，并利用索夹4将径向索16和环索22连接。

1.1、对环索节点6的索夹4进行深化设计

如图2和3所示，索夹4包括索夹本体41、环索索头42、径向索耳板43、斜拉索耳板44和斜拉索辅助耳板45，斜拉索辅助耳板45连接在斜拉索耳板44的两侧，并且两个斜拉索辅助耳板45的孔心与斜拉索耳板44的孔心位于同一条直线上。采用有限元计算软件受力分析。

1.2、确定环索节点6铺放时空间位置

通过bim软件截取各索桁架剖面图，如图4所示，以环梁耳板9的孔心为圆心，以径向索16的长度为半径画圆，将环梁耳板9的孔心与高看台边8之间连线，其延长线与圆的交点即为环索节点6铺放时的空间位置。

1.3、搭设径向索支撑胎架12和环索支撑胎架13

如图5所示，环索支撑胎架13和径向索支撑胎架12都搭设在看台上，环索支撑胎架13和径向索支撑胎架12的连接节点处为环索节点支撑胎架14，环索支撑胎架13的顶部标高为环索节点铺放时空间位置z坐标，根据架体高宽比要求，计算得出环索支撑胎架13的宽度。径向索支撑胎架12高度等于环梁耳板9的孔心与高看台边8之间的距离。根据架体高宽比要求，计算得出径向索支撑胎架12的宽度。在环索节点6处需要保证环索节点支撑胎架14的竖向承载力，为保证看台的安全，可在环索节点支撑胎架14看台下方进行反顶措施。

1.4、铺放径向索16和环索22

1.4.1、如图6和7所示，在环索支撑胎架13和径向索支撑胎架12的连接节点处的环索节点支撑胎架14上铺设钢板平台18，将放索盘17吊至钢板平台18上。

1.4.2、在环梁5上安装卷扬机19和返点三角架21，卷扬机19上的钢丝绳20穿过返点三角架21并与径向索放索小车15连接，径向索16的索头与径向索放索小车15连接，卷扬机19牵引径向索16在径向索支撑胎架12上展开。

1.4.3、采用履带吊27和卷扬机19配合将径向索16安装就位。

1.4.4、吊移放索盘17，将环索节点6吊装至钢板平台18上。为了减少斜拉索2提升对架体水平推力，在钢板平台18和索夹4之间垫设圆钢，减少索夹4与钢板平台18之间的滚动摩擦。

1.4.5、将径向索16与环索节点6连接，将环索22与环索节点6连接。具体地，通过临时钢架、倒链连接径向索16与环索节点6，通过链钳连接环索22与环索节点6。

2、高空安装斜拉索2一端的锚具

在吊塔1的塔顶搭设钢架平台23，设置动滑轮组吊装装置，提升斜拉索2一端锚具并将其与吊塔1的锚固端连接。

2.1、在吊塔1的塔顶搭设钢架平台23

吊塔1的塔顶设置吊塔女儿墙24，吊塔女儿墙24的顶部搭设钢架平台23。钢架平台23搭设前，通过有限元软件计算得出钢架平台23的应力和变形分布。钢架平台23搭设完成时如图8所示。钢架平台23的作用是为卷扬机钢丝绳提供吊点、为倒链提供反力点。钢架平台23整体焊装后吊至吊塔1塔顶的预埋件25位置并焊接。

2.2、设置动滑轮组吊装装置

如图9所示，动滑轮组吊装装置包括设置在吊塔1的塔底的卷扬机19、固定在预设吊点的定滑轮28、连接在卷扬机19和定滑轮28之间的钢丝绳20、以及设置在钢丝绳20上的动滑轮26，钢丝绳20的一端与定滑轮28连接，另一端依次穿过动滑轮26、定滑轮28并与卷扬机19连接。在塔顶还布置卷扬机19，用于牵引动滑轮26至塔顶。

2.3、提升斜拉索2一端锚具，并将其与吊塔1的锚固端连接

2.3.1、在吊塔1塔底放置放索盘17，将斜拉索2一端锚具固定于动滑轮26。

2.3.2、提升斜拉索2一端锚具至吊塔1锚固端耳板，将斜拉索2一端锚具与吊塔1锚固端耳板连接。

2.3.3、履带吊27吊起放索盘17悬空，随车吊11牵引斜拉索2另一端锚具在场地内展开，直至斜拉索2铺放完毕。

3、提升斜拉索2另一端的锚具

利用汽车吊辅助组装提升装置将斜拉索2另一端的锚具与环索节点6连接，采用对称提升和分级张拉。

3.1、布置汽车吊辅助组装提升装置

如图10所示，通过有限元软件计算得出钢绞线7下料长度，组装插耳并提升钢绞线7，安装插耳至对应编号的环索节点6，组装斜拉索张拉工装10和千斤顶。

3.2、对称提升和分级张拉

如图11-13所示，对称提升和分级张拉方法包括以下步骤：

3.2.1、采用2台随车吊11对称吊起两个环索节点6脱离架体，采用2台履带吊27对称吊起两个斜拉索张拉工装10，同时预张拉钢绞线7，至斜拉索张拉工装10与环索节点6的高度相同，此时履带吊27松钩。

3.2.2、继续提升斜拉索2，直至钢绞线7到达计算理论长度，此时随车吊11松钩。

3.2.3、重复s31和s32，顺序从场地中心对称开始，直至最后靠近吊塔1的两根斜拉索2完成为止，东西两侧结构先后进行。

3.2.4、全部斜拉索2提升完毕后，斜拉索2分级张拉，根据等比例同步张拉原则，通过有限元软件计算出每级钢绞线7张拉长度。

3.2.5、由于斜拉索耳板44和斜拉索辅助耳板45的角度在张拉过程中不断变化，通过旋转索夹4索夹4，安装销轴，最后完成斜拉索2的安装。

具体以某工程为例，斜拉索辅助耳板45的孔径为80mm，耳板半径为130mm，保障插耳安装施工空间。斜拉索辅助耳板45采用铸钢件，钢材材质为g20mn5。环梁上的卷扬机19为5吨卷扬机。具体以某工程为例，动滑轮26为10吨动滑轮组，塔底的卷扬机19为10吨卷扬机，塔顶的卷扬机19为3吨卷扬机。斜拉索2的数量为36根。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。