CN110206366B - 一种拱形大跨度预应力钢结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，包括主拱桁架和次桁架构成的拱形空间结构；主拱桁架包括预应力主拱桁架段和非预应力主拱桁架段；预应力主拱桁架段布置在主拱桁架的中部；非预应力主拱桁架段有两个，布置在预应力主拱桁架段的左右两侧；非预应力主拱桁架段的下端与预埋在结构柱顶部的锚固件连接，非预应力主拱桁架段的上端与预应力主拱桁架段拼接连接；在预应力主拱桁架段的下方拉设有预应力索；预应力索的两端分别连接在预应力主拱桁架段的底部两侧；在预应力主拱桁架段与预应力索之间设有竖向支撑。本发明解决了传统的拱形大跨度预应力钢结构存在施工难度大、施工速度慢、施工费用高以及结构施工质量得不到保证的技术问题。

Description

一种拱形大跨度预应力钢结构及其施工方法
技术领域
本发明属于大跨度空间结构领域，特别是一种拱形大跨度预应力钢结构的施工方法。
背景技术
拱形大跨度预应力钢结构广泛应用于建筑的各个领域。近年来，由于环保要求，全国各大电厂、钢厂等储煤场、储料场均需进行封闭存储。由于场地条件及工艺特点，超大跨度料场（大于160m）广泛采用大跨度拱形张弦式预应力钢结构体系进行料场封闭，但是这种预应力钢结构体系跨度大，施工难度大，传统的施工方法存在施工难度大、施工速度慢、施工费用高以及结构施工质量得不到保证的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，要解决传统的拱形大跨度预应力钢结构存在施工难度大、施工速度慢、施工费用高以及结构施工质量得不到保证的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种拱形大跨度预应力钢结构，设置在结构柱的顶部，包括有主拱桁架和次桁架构成的拱形空间结构；所述主拱桁架有一组，沿纵向平行间隔布置；所述次桁架有多组，其中每组次桁架平行间隔连接在相邻主拱桁架之间；所述主拱桁架包括有预应力主拱桁架段和非预应力主拱桁架段；所述预应力主拱桁架段布置在主拱桁架的中部，并且关于主拱桁架的纵轴对称设置；所述非预应力主拱桁架段有两个，分别布置在预应力主拱桁架段的左右两侧；其中，非预应力主拱桁架段的下端与预埋在结构柱顶部的锚固件连接，非预应力主拱桁架段的上端与预应力主拱桁架段拼接连接；在预应力主拱桁架段的下方拉设有预应力索；所述预应力索的两端分别连接在预应力主拱桁架段的底部两侧、靠近预应力主拱桁架段的端部位置处；在预应力主拱桁架段与预应力索之间设有竖向支撑；所述竖向支撑有一组，沿横向平行间隔布置。
优选的，所述主拱桁架的跨度大于160m，预应力主拱桁架段的长度L为：L＞100m；最长的竖向支撑的长度b为：1/7L≥b≥1/10L；相邻竖向支撑之间的间距l为：l＜1/5L；其中，L为预应力主拱桁架段的长度。
优选的，所述主拱桁架与次桁架之间焊接连接或者螺栓连接；所述预应力主拱桁架段和非预应力主拱桁架段之间焊接连接或者螺栓连接。
优选的，所述竖向支撑的下端通过第一连接件与预应力索连接，竖向支撑的上端设置在预应力主拱桁架段的底部，并且通过第二连接件与预应力主拱桁架段连接。
一种拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，包括步骤如下。
步骤一，建立拱形大跨度预应力钢结构的计算模型，进行施工全过程的仿真模拟分析，确定施工方案。
步骤二，根据步骤一的分析结果得出整体拱形大跨度预应力钢结构的安装顺序、预应力索的张拉应力和预应力主拱桁架段的竖向变形，用于拱形大跨度预应力钢结构的施工安装及预应力索的张拉；并对施工过程及后期使用过程中承载力不足杆件进行调整，直至满足承载力要求。
步骤三，将整个拱形空间结构划分成两个非预应力区和一个预应力区：将非预应力主拱桁架段以及连接在非预应力主拱桁架段之间的次桁架划分在非预应力区，将预应力主拱桁架段以及连接在预应力主拱桁架段之间的次桁架划分在预应力区。
步骤四，施工非预应力区的第一临时支撑：该第一临时支撑设置在待安装的非预应力主拱桁架段的下方，并且使第一临时支撑的顶部与非预应力主拱桁架段对应位置处的底面平齐，用以支撑非预应力主拱桁架段。
步骤五，施工非预应力主拱桁架段和非预应力区的次桁架；对非预应力主拱桁架段进行吊装，并将非预应力主拱桁架段对应设置在第一临时支撑上，将非预应力区的次桁架对应连接在相邻非预应力主拱桁架段之间。
步骤六，施工预应力区的第二临时支撑：该第二临时支撑设置在待安装的预应力主拱桁架段的下方，并且使第二临时支撑的顶部与预应力主拱桁架段的底面之间设有间距。
步骤七，在第二临时支撑上拼装预应力主拱桁架段和预应力区的次桁架。
步骤八，待预应力主拱桁架段拼装完成后安装竖向支撑和预应力索。
步骤九，根据步骤二中得出的预应力索的张拉应力进行预应力索的张拉，并调节预应力索中的应力值至计算张拉应力值，通过预应力索的张拉使预应力主拱桁架段起拱内收，以抵消预应力主拱桁架段在施工荷载下产生的下挠和外扩水平变形，直至达到施工荷载—张拉应力作用自平衡的零状态。
步骤十，在预应力主拱桁架段的两端分别连接提升装置，同时拆除预应力区的第二临时支撑。
步骤十一，对预应力主拱桁架段的竖向变形、两端的外扩水平变形和预应力索的张拉应力进行核验，以ds≤±10mm作为预应力主拱桁架段的允许施工竖向变形的判别条件，Ls≤±10mm作为预应力主拱桁架段的允许施工外扩水平变形的判别条件，以0.95F0≤Fs≤1.05F0作为预应力索的允许施工张拉应力的判别条件；其中，ds为预应力主拱桁架段跨中实际竖向变形，Ls 为预应力主拱桁架段两端的水平外扩变形；FS为张拉完成的预应力索的张拉应力，F0为通过施工全过程仿真模拟数值分析确定的主索张拉力值。
步骤十二，当步骤十一中的检测均满足对应的判别条件，利用提升装置对预应力主拱桁架段进行提升。
步骤十三，对预应力主拱桁架段提升就位后，再次按照步骤十一中的检测方法，进行预应力主拱桁架段的竖向变形、两端的外扩水平变形及预应力索的张拉应力的检测，满足判定条件后，再与非预应力主拱桁架段进行连接，并拆除非预应力主拱桁架段底部的第一临时支撑及提升装置。
步骤十四，对预应力索的张拉应力进行调节至预应力主拱桁架段合拢完成态的应力设计值，并对预应力主拱桁架段的竖向变形进行检测，并以0.9d0≤ds≤1.10d0作为钢结构允许施工变形的判别条件，d0为通过施工全过程仿真模拟数值分析确定的预应力主拱桁架段竖向变形值；ds为预应力主拱桁架段跨中实际竖向变形；直至满足判别条件，完成结构施工。
优选的，步骤二中对施工过程及后期使用过程中承载力不足杆件进行调整，调整的方法采用加大截面尺寸，直至满足承载力要求。
优选的，步骤六中第二临时支撑的高度为15~30m。
优选的，步骤九中调节预应力索中的应力值的方法为进一步张拉或放松预应力索；
当步骤十一中的预应力主拱桁架段的竖向变形和两端的外扩水平变形均不满足要求，对预应力索进一步张拉或放松，调整预应力索的张拉应力，直至满足预应力主拱桁架段的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件；
当步骤十一中的预应力索的应力不满足要求，以预应力主拱桁架段的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件，对预应力索进一步张拉或放松，调整预应力索的张拉应力，直至满足预应力主拱桁架段的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件；
当步骤十四中对预应力主拱桁架段的竖向变形和关键构件的应力值进行检测的结果不满足要求时，对已安装完成的预应力主拱桁架段进行调整，直至满足预应力主拱桁架段的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件和关键构件允许应力的判别条件。
优选的，对已安装完成的预应力主拱桁架段进行调整，调整的方法采用调整预应力主拱桁架段的几何坐标位置或者调整预应力索的索力。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
1、本发明提出的拱形大跨度预应力钢结构是一种主体钢结构采用四边形或倒三角形拱形桁架，桁架下部设置预应力索，通过V型或单撑竖向支撑相互连接，预应力索和主拱桁架共同作用，形成预应力结构体系，由于该拱形大跨度预应力钢结构跨度大，施工难度大，本发明中的施工方法不仅能使结构形态满足设计要求，同时能降低施工难度，加快施工速度，保证施工质量。
2、本发明的一种拱形大跨度预应力钢结构施工方法，以整体结构施工全过程计算机仿真模拟分析为施工指导依据，可以保证实际施工完成后的结构形态及构件应力符合设计结构的要求，简捷高效地实现了建筑造型，施工全过程结构受力状态可调控，施工安全状态可控制，施工方法简捷高效了；预应力区桁架通过调节主拱桁架预应力索的索力大小，进而抵消施工过程中预应力区桁架变形，以达到满足桁架施工过程及使用过程中的要求，施工过程方便快捷且无需额外设置施工临时拉索。
3、本发明的施工方法最大程度上减少了临时支撑架的设置，低空拼装后焊接整体提升，减少了高空焊接，保证结构焊接质量，提高施工效率，且不影响现场周围其他设备的正常运营。
4、本发明施工方法以实现设计要求的结构形态为目标，通过调节主拱桁架下部预应力索的张拉力，控制施工过程中拱形结构在自重作用下产生外扩变形为基本原则，以整体结构设计、施工全过程计算机仿真模拟分析为施工指导依据，通过施工全过程计算机仿真模拟分析确定的安装顺序、预应力索的预拉力，最终实现施工的安全性、合理性、简洁高效性。
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是本发明的拱形大跨度预应力钢结构的立体结构示意图。
图2是本发明的拱形大跨度预应力钢结构设置在结构柱上的正面结构示意图。
图3是本发明中预应力主拱桁架段支撑在第二临时支撑上的正面结构示意图。
图4是本发明的拱形大跨度预应力钢结构中非预应力区和预应力区的分布图。
图5是本发明中预应力主拱桁架段下方拉设预应力索的结构示意图。
图6是本发明中预应力主拱桁架段与非预应力主拱桁架段节点结构示意图。
图7是本发明中的竖向撑杆与预应力索节点结构示意图。
图8是本发明中第一连接件的结构示意图。
图9是本发明中的竖向撑杆与预应力主拱桁架段的节点结构示意图。
图10是本发明中的连接座的结构示意图。
图11是本发明中的连接板与预应力主拱桁架段的连接结构示意图。
图12是本发明中的预应力索与球形节点的连接结构示意图。
图13是本发明中的提升装置与预应力主拱桁架段、非预应力主拱桁架段的连接结构示意图。
图14是本发明中的竖向撑杆底部开设卡槽的结构示意图。
附图标记：1－主拱桁架、1.1－预应力主拱桁架段、1.2－非预应力主拱桁架段、2－次桁架、3－锚固件、4－预应力索、5－竖向支撑、5.1－竖向撑杆、6－球形节点、7－提升装置、7.1－上连接梁、7.2－下连接梁、7.3－竖向拉杆、8－第一连接件、8.1－第一底板、8.2－第一横板、8.3－第一纵板、9－第二连接件、9.1－连接板、9.2－连接座、9.2.1－第二底板、9.2.2－第二横板、9.2.3－第二纵板、9.3－插件、10－通道、11－紧固件、12－卡槽、13－连接孔、14－穿孔、15－第一临时支撑、16－第二临时支撑、17－非预应力区、18－预应力区、19－结构柱、20－限位杆。
具体实施方式
如图1-14所示，这种拱形大跨度预应力钢结构，设置在结构柱19的顶部，包括有主拱桁架1和次桁架2构成的拱形空间结构；所述主拱桁架1有一组，沿纵向平行间隔布置；所述次桁架2有多组，其中每组次桁架2平行间隔连接在相邻主拱桁架1之间；其特征在于：所述主拱桁架1包括有预应力主拱桁架段1.1和非预应力主拱桁架段1.2；所述预应力主拱桁架段1.1布置在主拱桁架1的中部，并且关于主拱桁架1的纵轴对称设置；所述非预应力主拱桁架段1.2有两个，分别布置在预应力主拱桁架段1.1的左右两侧；其中，非预应力主拱桁架段1.2的下端与预埋在结构柱19顶部的锚固件3连接，非预应力主拱桁架段1.2的上端与预应力主拱桁架段1.1拼接连接；在预应力主拱桁架段1.1的下方拉设有预应力索4；所述预应力索4的两端分别连接在预应力主拱桁架段1.1的底部两侧、靠近预应力主拱桁架段1.1的端部位置处；在预应力主拱桁架段1.1与预应力索4之间设有竖向支撑5；所述竖向支撑5有一组，沿横向平行间隔布置。
本实施例中，所述预应力主拱桁架段1.1的长轴线和非预应力主拱桁架段1.2的长轴线均呈弧形，并且共同拼和成主拱桁架1的拱轴线。
本实施例中，所述主拱桁架1和次桁架2采用四边形或倒三角形桁架。
本实施例中，所述主拱桁架1的跨度大于160m，预应力主拱桁架段1.1的长度L＞100m；竖向支撑5的长度b为：1/7L≥b≥1/10L；相邻竖向支撑5之间的间距l＜1/5L。
本实施例中，所述主拱桁架1与次桁架2之间焊接连接或者螺栓连接；所述预应力主拱桁架段1.1和非预应力主拱桁架段1.2之间焊接连接或者螺栓连接。
本实施例中，所述主拱桁架1的底部、对应预应力索4的连接位置处设置有球形节点6；所述预应力索4的两端分别与球形节点6连接。
本实施例中，所述竖向支撑5包括有两根竖向撑杆5.1，并且竖向撑杆5.1呈V形设置；两根竖向撑杆5.1的下端通过第一连接件8与预应力索4连接，两根竖向撑杆5.1的上端沿纵向间隔布置在预应力主拱桁架段1.1的底部，并且通过第二连接件9与预应力主拱桁架段1.1连接。
本实施例中，所述第一连接件8包括有第一底板8.1、第一横板8.2和第一纵板8.3；所述第一底板8.1水平设置，并且第一底板8.1的前后侧边分别向板面中间弯曲，形成横向的通道10；所述预应力索4分别从第一底板8.1前后侧的通道10中穿过，并且通过穿设在通道10上下侧的板面上的紧固件11固定；所述第一横板8.2垂直连接在第一底板8.1的顶部中间；所述第一纵板8.3有两块，分别布置在第一横板8.2的前后侧；其中，第一纵板8.3的底边与第一底板8.1连接，第一纵板8.3的竖向侧边与第一横板8.2连接；所述竖向撑杆5.1的底部开设有纵向的卡槽12；两块第一纵板8.3对应插接在竖向撑杆5.1底部的卡槽12中，且与竖向撑杆5.1焊接。
本实施例中，所述第二连接件9包括有连接板9.1、连接座9.2和插件9.3；所述连接板9.1横向连接在预应力主拱桁架段1.1的下弦杆上，并且在连接板9.1的板面上开设有连接孔13；所述连接座9.2包括有第二底板9.2.1、第二横板9.2.2和第二纵板9.2.3；所述第二底板9.2.1水平设置；所述第二横板9.2.2有两块，沿纵向平行间隔连接在第二横板9.2.2的顶部，并且在两块第二横板9.2.2的板面上对应连接孔13的位置处分别开设有穿孔14；所述第二纵板9.2.3有两块，分别对应连接在第二横板9.2.2的外侧面与第二底板9.2.1之间；所述预应力索4的上端固定连接在第二底板9.2.1的底部；所述连接板9.1插接在两块第二横板9.2.2之间；所述插件9.3穿设在连接孔13和穿孔14中，将连接座9.2与连接板9.1固定连接。
本实施例中，所述竖向支撑5的下端通过第一连接件8与预应力索4连接，竖向支撑5的上端设置在预应力主拱桁架段1.1的底部，并且通过第二连接件9与预应力主拱桁架段1.1连接。
本实施例中，所述提升装置7包括有上连接梁7.1、下连接梁7.2和连接在上连接梁7.1与下连接梁7.2之间的竖向拉杆7.3；所述上连接梁7.1搭设在非预应力主拱桁架段1.2的顶部、靠近预应力主拱桁架段1.1一侧；所述下连接梁7.2托接在预应力主拱桁架段1.1的底部，并且与上连接梁7.1竖向对应；所述竖向拉杆7.3从非预应力主拱桁架段1.2的上弦杆中穿过，将预应力主拱桁架段1.1吊装至设计位置处。
本实施例中，所述下连接梁7.2上、对应预应力主拱桁架段1.1上每根下弦杆的两侧分别设置有限位杆20，两侧的限位杆20将下弦杆卡在其中。
这种拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，包括步骤如下。
步骤一，通过计算机建立拱形大跨度预应力钢结构的计算模型，进行施工全过程计算机仿真模拟分析，确定施工方案。
步骤二，根据步骤一的分析结果，得出整体拱形大跨度预应力钢结构的安装顺序、预应力索4的张拉应力和预应力主拱桁架段1.1的竖向变形，用于拱形大跨度预应力钢结构的施工安装及预应力索4的张拉；并对施工过程及后期使用过程中承载力不足杆件进行调整，直至满足承载力要求。
步骤三，将整个拱形空间结构划分成两个非预应力区17和一个预应力区18：将非预应力主拱桁架段1.2以及连接在非预应力主拱桁架段1.2之间的次桁架2划分在非预应力区17，将预应力主拱桁架段1.1以及连接在预应力主拱桁架段1.1之间的次桁架2划分在预应力区18。
步骤四，施工非预应力区17的第一临时支撑15：该第一临时支撑15设置在待安装的非预应力主拱桁架段1.2的下方，并且使第一临时支撑15的顶部与非预应力主拱桁架段1.2对应位置处的底面平齐，用以支撑非预应力主拱桁架段1.2。
步骤五，施工非预应力主拱桁架段1.2和非预应力区17的次桁架2；对非预应力主拱桁架段1.2进行吊装，并将非预应力主拱桁架段1.2对应设置在第一临时支撑15上，将非预应力区17的次桁架2对应连接在相邻非预应力主拱桁架段1.2之间。
步骤六，施工预应力区18的第二临时支撑16：该第二临时支撑16设置在待安装的预应力主拱桁架段1.1的下方，并且使第二临时支撑16的顶部与预应力主拱桁架段1.1的底面之间设有间距。
步骤七，在第二临时支撑16上拼装预应力主拱桁架段1.1和预应力区18的次桁架2。
步骤八，待预应力主拱桁架段1.1拼装完成后安装竖向支撑5和预应力索4。
步骤九，根据步骤二中得出的预应力索4的张拉应力进行预应力索4的张拉，并调节预应力索4中的应力值至计算张拉应力值，通过预应力索4的张拉使预应力主拱桁架段1.1起拱内收，以抵消预应力主拱桁架段1.1在施工荷载下产生的下挠和外扩水平变形，直至达到施工荷载—张拉应力作用自平衡的零状态。
步骤十，在预应力主拱桁架段1.1的两端分别连接提升装置7，同时拆除预应力区18的第二临时支撑16。
步骤十一，对预应力主拱桁架段1.1的竖向变形、两端的外扩水平变形和预应力索4的张拉应力进行核验；以ds≤±10mm作为预应力主拱桁架段1.1的允许施工竖向变形的判别条件，Ls≤±10mm作为预应力主拱桁架段1.1的允许施工外扩水平变形的判别条件，以0.95F0≤Fs≤1.05F0作为预应力索4的允许施工张拉应力的判别条件；其中，ds为预应力主拱桁架段1.1跨中实际竖向变形，Ls 为预应力主拱桁架段1.1两端的水平外扩变形；Fs为张拉完成的预应力索4的张拉应力，F0为通过施工全过程仿真模拟数值分析确定的主索张拉力值；此处对预应力索4的拉力采用经标定过的油压表进行监测，油压表安装于液压千斤顶油泵上，在预应力索4张拉过程中通过压力表读数仪可随时监测到预应力拉索的拉力，对预应力主拱桁架段1.1的竖向变形和两端的外扩水平变形的监测采用全站仪。
步骤十二，当步骤十一中的检测均满足对应的判别条件，利用提升装置7对预应力主拱桁架段1.1进行提升。
步骤十三，对预应力主拱桁架段1.1提升就位后，再次按照步骤十一中的检测方法，进行预应力主拱桁架段1.1的竖向变形、两端的外扩水平变形及预应力索4的张拉应力的检测，满足判定条件后，再与非预应力主拱桁架段1.2进行连接，并拆除非预应力主拱桁架段1.2底部的第一临时支撑15及提升装置7。
步骤十四，对预应力索4的张拉应力进行调节至预应力主拱桁架段1.1合拢完成态的应力设计值，并对预应力主拱桁架段1.1的竖向变形进行检测，并以0.9d0≤ds≤1.10d0作为钢结构允许施工变形的判别条件，d0为通过施工全过程仿真模拟数值分析确定的预应力主拱桁架段1.1竖向变形值；ds为预应力主拱桁架段1.1跨中实际竖向变形；直至满足判别条件，完成结构施工。
本实施例中，步骤二中对施工过程及后期使用过程中承载力不足杆件进行调整，调整的方法采用加大截面尺寸，直至满足承载力要求。
本实施例中，步骤六中第二临时支撑16的高度为15~30m；第二临时支撑16与设计预应力主拱桁架段1.1底部之间的间距为25m～40m。
本实施例中，步骤九中调节预应力索4中的应力值的方法为进一步张拉或放松预应力索4；
当步骤十一中的预应力主拱桁架段1.1的竖向变形和两端的外扩水平变形均不满足要求，对预应力索4进一步张拉或放松，调整预应力索4的张拉应力，直至满足预应力主拱桁架段1.1的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件；
当步骤十一中的预应力索4的应力不满足要求，以预应力主拱桁架段1.1的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件，对预应力索4进一步张拉或放松，调整预应力索4的张拉应力，直至满足预应力主拱桁架段1.1的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件。
本实施例中，当步骤十四中对预应力主拱桁架段1.1的竖向变形和关键构件的应力值进行检测的结果不满足要求时，对已安装完成的预应力主拱桁架段1.1进行调整，直至满足预应力主拱桁架段1.1的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件和关键构件允许应力的判别条件。
本实施例中，对已安装完成的预应力主拱桁架段1.1进行调整，调整的方法采用调整预应力主拱桁架段1.1的几何坐标位置或者调整预应力索4的索力。
上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：拱形大跨度预应力钢结构，设置在结构柱（19）的顶部，包括有主拱桁架（1）和次桁架（2）构成的拱形空间结构；所述主拱桁架（1）有一组，沿纵向平行间隔布置；所述次桁架（2）有多组，其中每组次桁架（2）平行间隔连接在相邻主拱桁架（1）之间；其特征在于：所述主拱桁架（1）包括有预应力主拱桁架段（1.1）和非预应力主拱桁架段（1.2）；所述预应力主拱桁架段（1.1）布置在主拱桁架（1）的中部，并且关于主拱桁架（1）的纵轴对称设置；所述非预应力主拱桁架段（1.2）有两个，分别布置在预应力主拱桁架段（1.1）的左右两侧；其中，非预应力主拱桁架段（1.2）的下端与预埋在结构柱（19）顶部的锚固件（3）连接，非预应力主拱桁架段（1.2）的上端与预应力主拱桁架段（1.1）拼接连接；在预应力主拱桁架段（1.1）的下方拉设有预应力索（4）；所述预应力索（4）的两端分别连接在预应力主拱桁架段（1.1）的底部两侧、靠近预应力主拱桁架段（1.1）的端部位置处；在预应力主拱桁架段（1.1）与预应力索（4）之间设有竖向支撑（5）；所述竖向支撑（5）有一组，沿横向平行间隔布置；
所述竖向支撑（5）的下端通过第一连接件（8）与预应力索（4）连接，竖向支撑（5）的上端设置在预应力主拱桁架段（1.1）的底部，并且通过第二连接件（9）与预应力主拱桁架段（1.1）连接；
该施工方法包括步骤如下：
步骤一，建立拱形大跨度预应力钢结构的计算模型，进行施工全过程的仿真模拟分析，确定施工方案；
步骤二，根据步骤一的分析结果，得出整体拱形大跨度预应力钢结构的安装顺序、预应力索（4）的张拉应力和预应力主拱桁架段（1.1）的竖向变形，用于拱形大跨度预应力钢结构的施工安装及预应力索（4）的张拉；并对施工过程及后期使用过程中承载力不足杆件进行调整，直至满足承载力要求；
步骤三，将整个拱形空间结构划分成两个非预应力区（17）和一个预应力区（18）：将非预应力主拱桁架段（1.2）以及连接在非预应力主拱桁架段（1.2）之间的次桁架（2）划分在非预应力区（17），将预应力主拱桁架段（1.1）以及连接在预应力主拱桁架段（1.1）之间的次桁架（2）划分在预应力区（18）；
步骤四，施工非预应力区（17）的第一临时支撑（15）：该第一临时支撑（15）设置在待安装的非预应力主拱桁架段（1.2）的下方，并且使第一临时支撑（15）的顶部与非预应力主拱桁架段（1.2）对应位置处的底面平齐，用以支撑非预应力主拱桁架段（1.2）；
步骤五，施工非预应力主拱桁架段（1.2）和非预应力区（17）的次桁架（2）；对非预应力主拱桁架段（1.2）进行吊装，并将非预应力主拱桁架段（1.2）对应设置在第一临时支撑（15）上，将非预应力区（17）的次桁架（2）对应连接在相邻非预应力主拱桁架段（1.2）之间；
步骤六，施工预应力区（18）的第二临时支撑（16）：该第二临时支撑（16）设置在待安装的预应力主拱桁架段（1.1）的下方，并且使第二临时支撑（16）的顶部与预应力主拱桁架段（1.1）的底面之间设有间距；
步骤七，在第二临时支撑（16）上拼装预应力主拱桁架段（1.1）和预应力区（18）的次桁架（2）；
步骤八，待预应力主拱桁架段（1.1）拼装完成后安装竖向支撑（5）和预应力索（4）；
步骤九，根据步骤二中得出的预应力索（4）的张拉应力进行预应力索（4）的张拉，并调节预应力索（4）中的应力值至计算张拉应力值，通过预应力索（4）的张拉使预应力主拱桁架段（1.1）起拱内收，以抵消预应力主拱桁架段（1.1）在施工荷载下产生的下挠和外扩水平变形，直至达到施工荷载—张拉应力作用自平衡的零状态；
步骤十，在预应力主拱桁架段（1.1）的两端分别连接提升装置（7），同时拆除预应力区（18）的第二临时支撑（16）；
步骤十一，对预应力主拱桁架段（1.1）的竖向变形、两端的外扩水平变形和预应力索（4）的张拉应力进行核验；以ds≤±10mm作为预应力主拱桁架段（1.1）的允许施工竖向变形的判别条件，Ls≤±10mm作为预应力主拱桁架段（1.1）的允许施工外扩水平变形的判别条件，以0.95F0≤Fs≤1.05F0作为预应力索（4）的允许施工张拉应力的判别条件；其中，ds为预应力主拱桁架段（1.1）跨中实际竖向变形，Ls 为预应力主拱桁架段（1.1）两端的水平外扩变形；Fs为张拉完成的预应力索（4）的张拉应力，F0为通过施工全过程仿真模拟数值分析确定的主索张拉力值；
步骤十二，当步骤十一中的检测均满足对应的判别条件，利用提升装置（7）对预应力主拱桁架段（1.1）进行提升；
步骤十三，对预应力主拱桁架段（1.1）提升就位后，再次按照步骤十一中的检测方法，进行预应力主拱桁架段（1.1）的竖向变形、两端的外扩水平变形及预应力索（4）的张拉应力的检测，满足判定条件后，再与非预应力主拱桁架段（1.2）进行连接，并拆除非预应力主拱桁架段（1.2）底部的第一临时支撑（15）及提升装置（7）；
步骤十四，对预应力索（4）的张拉应力进行调节至预应力主拱桁架段（1.1）合拢完成态的应力设计值，并对预应力主拱桁架段（1.1）的竖向变形进行检测，并以0.9d0≤ds≤1.10d0作为钢结构允许施工变形的判别条件，d0为通过施工全过程仿真模拟数值分析确定的预应力主拱桁架段（1.1）竖向变形值；ds为预应力主拱桁架段（1.1）跨中实际竖向变形；直至满足判别条件，完成结构施工。
2.根据权利要求1所述的拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：所述主拱桁架（1）的跨度大于160m，预应力主拱桁架段（1.1）的长度L＞100m；竖向支撑（5）的长度b为：1/7L≥b≥1/10L；相邻竖向支撑（5）之间的间距l＜1/5L。
3.根据权利要求1所述的拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：所述主拱桁架（1）与次桁架（2）之间焊接连接或者螺栓连接；所述预应力主拱桁架段（1.1）和非预应力主拱桁架段（1.2）之间焊接连接或者螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：步骤二中对施工过程及后期使用过程中承载力不足杆件进行调整，调整的方法采用加大截面尺寸，直至满足承载力要求。
5.根据权利要求1所述的拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：步骤六中第二临时支撑（16）的高度为15~30m。
6.根据权利要求4所述的拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：
步骤九中调节预应力索（4）中的应力值的方法为进一步张拉或放松预应力索（4）；
当步骤十一中的预应力主拱桁架段（1.1）的竖向变形和两端的外扩水平变形均不满足要求，对预应力索（4）进一步张拉或放松，调整预应力索（4）的张拉应力，直至满足预应力主拱桁架段（1.1）的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件；
当步骤十一中的预应力索（4）的应力不满足要求，以预应力主拱桁架段（1.1）的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件，对预应力索（4）进一步张拉或放松，调整预应力索（4）的张拉应力，直至满足预应力主拱桁架段（1.1）的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件。
7.根据权利要求5所述的拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：
当步骤十四中对预应力主拱桁架段（1.1）的竖向变形和关键构件的应力值进行检测的结果不满足要求时，对已安装完成的预应力主拱桁架段（1.1）进行调整，直至满足预应力主拱桁架段（1.1）的允许施工竖向变形和外扩水平变形的判别条件和关键构件允许应力的判别条件。
8.根据权利要求7所述的拱形大跨度预应力钢结构的施工方法，其特征在于：对已安装完成的预应力主拱桁架段（1.1）进行调整，调整的方法采用调整预应力主拱桁架段（1.1）的几何坐标位置或者调整预应力索（4）的索力。
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