广州协安建设工程有限公司 广东省广州市 510075
摘要：空间网架大跨度钢桁架体内预应力施工技术研究是本单位为提升空间网架大跨度钢桁架体内预应力施工效率及施工质量的一项研究。根据技术查新中心的资料显示，在国内未出现空间网架大跨度钢桁架体内预应力施工技术的相关文献报道，结合本单位的实际情况有必要建立该项目技术研究课题。
关键词：空间网架；大跨度钢桁架；体内预应力；施工技术
引言
本着科学、严谨的态度，我们着手对该课题展开了研究，认真记录施工过程的实际情况，进行分析研究、并且通过施工实践总结经验，为以后类似空间网架大跨度钢桁架体内预应力施工提供经验参考。
1空间网架大跨度钢桁架体内预应力施工技术
1.1分析传统空间网架大跨度钢桁架体内预应力施工过程中存在的问题
由于钢桁架两端钢绞线端部支座节点汇交的杆件较多，受力状态复杂且处于受力关键部位，并有预应力钢绞线从其中穿过，导致节点的构造非常复杂。再者由于网架整体提升的提升吊点设置于永久支座上，需钢桁架反梁就位至21.800m后补装支座处后装杆件，然后进行钢绞线穿束、张拉、灌浆等工作，无法像常规施工直接地面进行预应力钢绞线的穿索工作，只能搭设高空作业平台和斜向导向平台在高空进行穿索工作，因而作业危险性较大。
每根下线管内设置55根无粘结预应力钢绞线，采用常规方法时钢绞线穿束工作量大、工期长，同时下弦钢管跨度137m，对接焊缝较多，由于工艺要求位于对接焊缝处须设置衬管，因此管内高低坎较多，阻碍钢绞线的穿束工作，严重情况下钢绞线由于自重加速磨损损害钢绞线的完整性，影响后期预应力施工的安全性和有效性。
同时在预应力张拉施工的每一个阶段，其刚度和平衡状态均会发生改变，而且由于这些形态改变的不可见性，如何保证预应力张拉过程的安全性和施工完成后的预应力形态符合设计要求，对施工过程的监控要求十分重要。
1.2运用ANSYS有限元分析程序建模深化节点设计
针对施工现状提出了如下针对性的施工方法，由于钢绞线端部节点汇交的杆件较多，受力大且处于受力关键部位，并有预应力钢绞线从其中穿过，导致节点的构造非常复杂。
为了了解节点受力性能，分析其在使用期间的安全性，需要对其进行有限元分析，运用ANSYS程序单元库中的三维实体单元SOLID45进行三维建模。分析时采用的单位制为国际单位制：N，m。网格划分采用的是ANSYS程序的单元划分器中的自由网格划分技术，自由网格划分技术会根据计算模型的实际外形自动地决定网格划分的疏密。
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图1节点位置示意图
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图2节点三维图
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图3张拉工装节点三维图
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图4张拉工装节点图
1.2.1运用ANSYS软件针对结构施工图预作模型参数进行数据输入，对张拉过程进行有限元分析。
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图5位移云图
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图6应力云图
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图6高空作业平台及斜向放索平台
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图7预应力钢绞线牵引示意图
1.3高空一次快速穿索施工技术
一般预应力工程项目中预应力钢索的穿束以及张拉郭都位于地面施工操作简单、效率高。由于网架整体提升的提升吊点设置于永久支座上，支座处下弦管无法一次性在地面拼装完成需钢桁架反梁就位至21.800m后补装支座处后装杆件，然后进行钢绞线穿束、张拉、灌浆等工作，而且位于21.8m处，高空作业危险性较大。每根下弦管内通长137m设置55根无粘结预应力钢绞线，数量多、长度长，采用常规单根穿束方法时钢绞线穿束工作量大、难度大。因此我司经过理论研究与结合现场实验，通过搭设高空空作业平台和斜向放索平台，利用定制锚具在大功率卷扬机牵引下一次穿索一根下弦管内由55根钢绞线组成的钢索，加快施工进度保证张拉过程的的安全性和质量。
1.4钢性套管保证钢索穿束
每根下弦管内设置55根无粘结预应力钢绞线，采用常规方法时钢绞线穿束工作量大、工期长，同时下弦钢管跨度137m，对接焊缝较多，由于工艺要求位于对接焊缝处须设置衬管，因此管内高低坎较多，阻碍钢绞线的穿束工作，严重情况下钢绞线由于自重加速磨损损害钢绞线的完整性，为了保证钢索在下弦管内能够快速顺了的穿束，减少钢索磨损，在下弦管内通长137m设置保护性套管，避免对接焊缝衬管阻碍钢绞线穿束工作，减少钢绞线磨损。
1.5测量机器人高精度变形监测
在预应力张拉施工的每一个阶段，其刚度和平衡状态均会发生改变，而且由于这些形态改变的不可见性，如何保证预应力张拉过程的安全性和施工完成后的预应力形态符合设计要求，对施工过程的监控要求十分重要。
针对施工过程的索力、应力及变形监测，采用测量机器人免棱镜对钢结构的变形进行实时观测，同时结合网架整体的应力以及预应力钢索的受力的实时监测，以确保张拉过程中形态变化的准确性保证结构施工期间的安全，保证结构的初始状态与原设计相符。
2应用效益
预应力钢结构技术在20世纪中期传入中国并开始起步，尤其近年来新材料、新工艺、新结构发展迅猛，预应力钢结构的应用范围几乎已经覆盖了全部钢结构领域。钢桁架体内预应力结构正常情况下，同比非预应力钢结构采用单次张拉时可节约钢材10-20%；多次张拉时可达20-40%。同时具有轻型化及张力化的特点，减轻桁架重量提高了桁架的安全和可靠性，比起传统钢结构更胜一筹。可以有效节制对自然资源的索取与消耗，减少对不可再生能源的开采与破坏，符合绿色生态思想及可持续发展原则。大跨度钢桁架采用体内预应力后，钢材弹性强度幅值可以反复多次地使用，大大提高钢材利用率，从而达到节约材料，降低成本。所以预应力钢结构完全满足“节约用材，合理用材，重复用材，循环用材”的可持续发展原则。
空间网架大跨度钢桁架体内预应力施工技术的出现，提升了空间网架施工效率建设周期，保证了空间网架钢桁架的施工质量，也保证了施工过程的安全，加快了项目的建设速度，节约了社会资源和施工成本，可推广至在跨度大，荷载重的情况下经济效益更为显著，如体育场馆、会展中心、剧院、商场、飞机库、候机楼等大型公共建筑中具有良好的应用前景。
结束语
本工程采用了空间网架大跨度钢桁架体内预应力，加快了项目工期建设，张拉完成后网架姿态安全。
从它的应用情况来看，使用ANSYS对整个工程和所有节点进行详细建模能够有效的保证节点受力的安全性。高空利用定制锚具一次穿束55根预应力钢绞线有效提高现场施工效率，由于减少现场施工工效，并减少钢材的损耗，减少返工，空间网架大跨度钢桁架体内预应力的施工质量及成本控制均得到有效控制。
参考文献
[1]张嗣谦. 大跨度体内预应力张弦桁架结构施工模拟分析和监测[D].河北工业大学,2014.