CN112127480A - 一种轮辐式双层索桁架结构及其提升方法 - Google Patents

Abstract

一种轮辐式双层索桁架结构及其提升方法，结构包括双层环索、压环梁以及在辐射状设于两者之间的一系列径向索桁架；双层环索包括上下环索；径向索桁架为三角桁架，包括上径向索、下经向索和桅杆；上下径向索的内侧端分别通过上环索夹、下环索夹与上环索、下环索连接，外侧端与压环梁锚接；桅杆间隔竖向设于上径向索和下经向索之间，顶底两端分别通过径向索夹与上径向索和下经向索连接。本发明采用被动张拉技术进行索桁架张拉，选择关键的下径向索作为主动张拉索，其它索和杆均被动张拉。本发明结构简单，张拉技术先进，不存在复杂节点，有效解决了大规模桁架施工中无法实现全部主动张拉的难题，极大的节省了设备和人员资本，有效缩减了工期。

Description

一种轮辐式双层索桁架结构及其提升方法

技术领域

本发明涉及轮辐式索桁架提升技术领域，具体涉及一种轮辐式双层索桁架结构及其提升方法。

背景技术

轮辐式索桁架是预应力结构体系的一种，其构成机理类似于自行车的车轮，由一个受压外环刚性的结构，通过径向辐射状拉索，连接到受拉的内环上。由于对拉索预先施加拉力与外环结构的压力平衡来共同形成结构刚度，整个结构属于自平衡受力体系，对主体结构只竖向传力为弯矩作用，具有造型轻型、空间跨度大、自重轻和用钢量少等特点。

目前，在大型所桁架施工中存在诸多难题，一方面，索桁架安装常规工程中，一般搭设满堂支架，在支架上组装索网，然后进行各索的张拉。但本工程空间规模尺寸大，显然搭设满堂脚手架的施工措施费用很高，工期长，而且将长索吊运至支架平台上展开和组装的难度也非常大；另一方面，索桁架施工需要在每根拉索和杆件中建立必要的和合理的预应力，结构方可成型且达到与设计相符的初始态，否则不仅结构形状无法控制，而且结构安全性难以保证。本工程不仅在上径向索和下径向索上存在预拉应力，而且在上环索、下环索和桅杆上还存在预应力，显然，对所有的索都主动张拉在本工程中是无法实现的，不仅需要投入大量的设备和人员，工期长，而且增加了节点构造的复杂程度。

综上，需要一种新型的轮辐式双层索桁架结构及其提升方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轮辐式双层索桁架结构及其提升方法，解决现有预应力索桁架体系中存在复杂节点、大规模桁架施工无法实现全部主动张拉、不仅需要投入大量的设备和人员、而且工期长、成本极高的技术难题。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种轮辐式双层索桁架结构，设于全张力结构体系中，其特征在于：包括内侧的双层环索、外围的压环梁以及在辐射状设于两者之间的一系列径向索桁架；

所述双层环索包括上环索和下环索，所述上环索上间隔设置上环索夹，所述下环索上间隔设置有下环索夹，所述上环索夹和下环索夹竖向对应；

所述径向索桁架为三角桁架，包括上径向索、下经向索和桅杆；

所述上径向索的内侧端通过上环索夹与上环索连接，外侧端与压环梁锚接；所述下经向索的内侧端通过下环索夹与下环索连接，外侧端与压环梁锚接；

所述桅杆间隔竖向设于上径向索和下经向索之间，顶底两端分别通过径向索夹与上径向索和下经向索连接。

作为本发明的优选技术方案，所述上环索夹和下环索夹的结构相同，包括主体块、环索索槽、环索盖板、调节螺栓和径向连接耳板；所述主体块为矩形块，其腰部设有减重结构；所述索槽有若干，对称设于主体块的上下板面上，所述上环索或下环索的单体索设于环索索槽内；所述环索盖板盖设于环索索槽之上；所述调节螺栓竖向设于环索索槽两侧，贯穿环索盖板后与环索索槽两侧的板体固连，通过调节螺栓的旋转实现环索盖板与上环索或下环索之间摩擦力的调节；所述径向连接耳板竖向设于主体块靠近径向索桁架的一侧，其上开设销孔与上径向索或下经向索的索头销轴连接。

进一步优选的，所述上环索和下环索分别由八根单体索组成，相应的，所述上环索夹和下环索夹的索槽的数量分别为四对，上下板面各设置两对，八根单体索分别嵌设于八个索槽中。

进一步的，所述上环索和下环索之间设置有桅杆，所述桅杆的顶底两端分别与上环索夹和下环索夹固连，相应的，所述上环索夹的底面和下环索夹的顶面上分别设置用于与桅杆连接的连接耳板。

进一步的，所述径向索夹包括主体板、径向索槽、径向盖板、控力螺栓和径向连接耳板，所述主体板为矩形板，所述径向索槽设于矩形板的顶面上，所述上径向索、下经向索嵌设于径向索槽内，所述径向盖板盖设于径向索槽之上；所述控力螺栓竖向设于径向索槽两侧，贯穿径向盖板后与环索索槽两侧的板体固连，通过控力螺栓的旋转实现径向盖板与上径向索或下经向索之间摩擦力的调节；所述径向连接耳板设于主体板的底面上，其上开设销孔用于与桅杆连接。

进一步的，所述压环梁为环形钢结构梁，其底部支设有钢结构桅柱；所述压环梁上设置双耳板，所述双耳板上分别开设预留孔，用于与上径向索和下经向索的索头连接。

进一步的，所述上环索和下环索之间，在相邻两根桅杆之间设置交叉碳纤维索。

本发明还涉及上述轮辐式双层索桁架结构的提升方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：上径向索和上环索结构在地面组装，进行提升器安装；

第二步：上径向索和上环索进行初步提升；

第三步：在上径向索挑起位置安装桅杆，在地面组装下径向索和下环索；

第四步：整体牵引提升索结构，继续牵引上下径向工装索，协同提升整个索网系，直至将上径向索与压环梁锚接；

第五步：继续牵引下径向索，安装次外圈的桅杆；

第六步：继续牵引下径向索，安装最外圈的桅杆；

第七步：继续牵引下径向索，将下径向索与压环梁锚接；

第八步：拆除内环交叉工装索，安装交叉碳纤维索，整体结构成型。

其中，所述第二步中，初步提升的高度为16m～14m；所述第五步中，在下径向工装索还剩5m～3m时，安装次外圈的桅杆；所述第六步中，在下径向工装索还剩1m时，安装最外圈的桅杆。

进一步优选的，上径向索或下径向索的牵引、张拉和锚固的同步性要满足计算分步的要求，即在同一分步内，上径向索或下径向索对称分批安装。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

1、本发明结构简单，通过索夹连接构件，有效实现每道径向索上的力的有效、精确传递，为国内大体积铸钢件首次采用欧洲标准制作，具有开创性意义，具体使用时可通过索夹与索的抗滑移试验，来确定调节螺栓的扭矩，从而实现索与索夹之间通过摩擦阻力防止滑移，在实现环向索和径向索连接的同时，对环向索施加一定的预张力，确保径向索与环向索有效连接、预张力的有效传递、防止连接点的滑移是施工控制；

2、本发明采用低空组装和空中牵引提升的方法将索杆系安装至高空，环索在看台上搭设的脚手支架（约1.5 高）上组装，在看台上展开铺设上下径向索；利用上径向工装索牵引组装内拉环和环索之间的上径向索，提升到计算高度16 米后组装桅杆、下径向索；安装下径向索提升工装，再继续利用上径向工装索整体牵引提升索网系至高空，将上径向索与内压环连接，继续提升下径向索工装，安装张拉下径向索，完成索网系的安装张拉。低空组装和空中牵引提升的方法，已经多次在大型、复杂的全张力结构工程中成功应用。该方法避免了大量满堂支架的搭设，大大节省了施工费用，且低空组装提高了组装质量，高空作业量少，施工安全；速度快，节省工期，是安全合理、先进科学的安装方法；

3、本发明采用被动张拉技术进行索桁架的张拉，选择关键的下径向索作为主动张拉索，而其它索和杆均被动张拉。全张力结构不同于普通的预应力钢结构，当所有构件（包括拉索和压杆）的无应力长度一定时，其成型的形状和预应力态也是对应确定的。因此，被动张拉的索杆系只要按照一定的无应力长度组装，而主动张拉索作为输入预应力的端口，通过张拉主动索而在整个结构中建立预定的预应力。选择主动张拉索是关键。本工程索桁架沿径向辐射，为保证结构张拉质量，应选择径向索（上径向索或下径向索）作为主动张拉索。本工程上径向拉索索力小于下径向拉索，但是上径向拉索先与内压环锚接，而后是下径向索，因此选择下径向拉索作为最终的主动张拉索。

附图说明

图1为本发明涉及的场馆骨架整体结构示意图；

图2为本发明涉及的轮辐式双层索桁架结构的整体结构示意图；

图3为本发明涉及的纵向索桁架和上下环索的连接布置示意图；

图4为本发明涉及的纵向索桁架的结构示意图；

图5为本发明涉及的上环索的整体结构示意图；

图6为图5的上环索的内部构造示意图；

图7为本发明涉及的下环索的整体结构示意图；

图8为本发明涉及的径向索夹的整体结构示意图；

图9为本发明涉及的上环索或下环索与上环索夹或下环索夹的连接关系示意图；

图10为本发明涉及的径向索夹在上径向索或下径向索的连接关系示意图；

图11为本发明涉及的交叉碳纤维索的结构示意图；

图12-19为本发明涉及的提升方法中第一至第八步的操作示意图。

附图标记：1-压环梁、2-上环索、3-下环索、4-上环索夹、5-下环索夹、6-上径向索、7-下经向索、8-桅杆、9-径向索夹、101-主体块、102-环索索槽、103-环索盖板、104-调节螺栓、105-径向连接耳板、201-主体板、202-径向索槽、203-径向盖板、204-控力螺栓、205-径向连接耳板、11-交叉碳纤维索。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，本发明实施例为某市体育中心-体育场索结构专项施工项目，索桁架施工需要在每根拉索和杆件中建立必要的和合理的预应力，结构方可成型且达到与设计相符的初始态，否则不仅结构形状无法控制，而且结构安全性难以保证。本工程不仅在上径向索和下径向索上存在预拉应力，而且在上环索、下环索和桅杆上还存在预应力，显然，对所有的索都主动张拉在本工程中是无法实现的，不仅需要投入大量的设备和人员，工期长，而且增加了节点构造的复杂度。

如图2和图3，本发明涉及的预应力钢结构为轮辐式索桁架结构，主结构由刚性内压环柱、上下环索、上径向索、下径向索、交叉索、桅杆和内环桅杆构成，如图4，径向索桁架上下弦为封闭索，中间桅杆为钢管，整体结构沿径向划分为6个网格，尺寸由拉环到压环依次为4m、9m、9m、9m、9m、5m，索桁架高度约为17m，属于预应力自平衡的全张力结构体系。全张力结构体系必须通过张拉，在结构中建立必要的预应力，才具有结构刚度，以承受荷载和维持形状。因此，结构除了构件自身的几何参数和力学特性、构件之间的几何拓扑关系和连接节点之外，预应力也是结构构成的重要内容。索桁架结构中的“力”和“形”是统一的，“力”是在对应的“形”上平衡。因此，拉索施工要对“力”和“形”实行双控，即控制索力和结构形状。

具体的，包括内侧的双层环索、外围的压环梁1以及在辐射状设于两者之间的一系列径向索桁架；双层环索包括上环索2和下环索3，上环索2上间隔设置上环索夹4，下环索3上间隔设置有下环索夹5，上环索夹4和下环索夹5竖向对应；径向索桁架为三角桁架，包括上径向索6、下经向索7和桅杆8；上径向索6的内侧端通过上环索夹4与上环索2连接，外侧端与压环梁1锚接；下经向索7的内侧端通过下环索夹5与下环索3连接，外侧端与压环梁1锚接；桅杆8间隔竖向设于上径向索6和下经向索7之间，顶底两端分别通过径向索夹9与上径向索6和下经向索7连接。如图9和图10所示。

如图5-7，上环索夹4和下环索夹5的结构相同，包括主体块101、环索索槽102、环索盖板103、调节螺栓104和径向连接耳板105。

如图主体块101为矩形块，整体厚度为600mm，总长度1600mm，宽度为600mm，其腰部设有减重结构，减重结构包括设于主体块3远离径向索一侧面的减重槽和靠近径向索一侧的减重腔；减重槽和减重腔成对对称设置，将主体块腰部分割形成十字形腹板，两者长度和厚度相等，减重槽朝外的两个侧面开口，减重腔只有朝前一侧开口，两者在竖向上高度相同，均为260mm，十字形腹板结构的两个侧板均竖向设置，板厚为80mm，将主体块中间部分分割成4个区域，减重槽和减重腔分设于4个区域，十字形腹板之上的顶板和底板厚度分别为105mm；减重槽和减重腔拐角位置均作R30的圆角处理。

环索索槽102有若干，对称设于主体块3的上下板面上，上环索2或下环索3的单体索设于环索索槽102内，本实施例上环索2和下环索3分别由八根单体索组成，上环索夹4和下环索夹5的索槽4的数量分别为四对，上下板面各设置两对，八根单体索分别嵌设于八个索槽4中，最外侧两个索槽距离边缘的距离为200mm，中间两个索槽之间间距为750mm，成对的两个索槽之间距离为250mm；索槽为下沉槽，在未设置盖板的位置，下沉槽的两侧凸起形成条形护翼，条形护翼高度为65mm，角部均做半径圆角处理；条形护翼的内侧为曲面，与索槽形成平滑过渡。环索盖板103盖设于环索索槽102之上；调节螺栓104竖向设于环索索槽102两侧，索槽两侧的主体块上开设螺栓盲孔，盖板位于索槽两侧的板体上开设螺栓通孔，贯穿环索盖板103后与环索索槽两侧的板体固连，尺寸为230*260*48mm，共设置三对螺栓孔，通过调节螺栓104的旋转实现环索盖板103与上环索2或下环索3之间摩擦力的调节；径向连接耳板105竖向设于主体块靠近径向索桁架的一侧，其上开设销孔与上径向索6或下经向索7的索头销轴连接。

上环索2和下环索3之间设置有桅杆8，桅杆8的顶底两端分别与上环索夹4和下环索夹5固连，相应的，上环索夹4的底面和下环索夹5的顶面上分别设置用于与桅杆连接的连接耳板。

如图8，径向索夹9包括主体板201、径向索槽202、径向盖板203、控力螺栓204和径向连接耳板205，主体板201为矩形板，径向索槽202设于矩形板的顶面上，上径向索6、下经向索7嵌设于径向索槽202内，径向盖板203盖设于径向索槽202之上；控力螺栓204竖向设于径向索槽202两侧，贯穿径向盖板203后与环索索槽两侧的板体固连，通过控力螺栓204的旋转实现径向盖板203与上径向索6或下经向索7之间摩擦力的调节；径向连接耳板205设于主体板201的底面上，其上开设销孔用于与桅杆8连接。

压环梁1为环形钢结构梁，其底部支设有钢结构桅柱；压环梁1上设置双耳板，双耳板上分别开设预留孔，用于与上径向索6和下经向索7的索头连接。上环索2和下环索3之间，在相邻两根桅杆8之间设置交叉碳纤维索11，如图11所示。

本发明采取的主要措施是采用被动张拉技术进行索桁架的张拉，即：选择关键的下径向索作为主动张拉索，而其它索和杆均被动张拉。全张力结构不同于普通的预应力钢结构，当所有构件（包括拉索和压杆）的无应力长度一定时，其成型的形状和预应力态也是对应确定的。因此，被动张拉的索杆系只要按照一定的无应力长度组装，而主动张拉索作为输入预应力的端口，通过张拉主动索而在整个结构中建立预定的预应力。选择主动张拉索是关键。本工程索桁架沿径向辐射，为保证结构张拉质量，应选择径向索（上径向索或下径向索）作为主动张拉索。具体施工步骤如下：

第一步：如图12，上径向索和上环向索结构地面组装，提升器安装。在看台上组装上环索及上径向索；在环索和内压环之间牵引组装上径向索，其中上径向索的上端增设上径向工装索与内压环连接，须注意：

1）除将来主动张拉的下径向索之外，所有拉索均在量测误差、调整索长后组装就位。

2）环索和径向索应自由展开，避免索体扭转；

3）索夹严格按照标记位置安装，立即拧紧，避免施工中滑动。

第二步：如图13，上径向索和上环索提升约16m 高，组装部分桅杆、下径向索和下环索。

在地面和看台上铺设下环索和下径向索；组装部分桅杆和内环交叉工装索，另外安装下牵引工装索及其牵引千斤顶，连接下径向索和内压环。

第三步：如图14，整体牵引提升索结构，将上径向索与内压环锚接。

继续牵引上/下径向工装索，协同提升整个索网系，直至将上径向索和与内压环锚接。

第四步：如图15，继续牵引下径向索，在下径向工装索还剩5m 时，安装次外圈桅杆。

第五步：如图16，继续牵引下径向索，在下径向索工装索还剩1m 时，安装最外圈桅杆。

第六步：如图17，继续牵引下径向索，将下径向索与内压环锚接。52 根径向索的牵引、张拉和锚固的同步性要满足计算分步的要求（在同一分步内，拉索对称分批安装）。

第七步：如图18，继续牵引下径向索，在下径向索工装索还剩1m时，安装最外圈桅杆。

第八步：如图19，拆除内环交叉工装索，安装内环交叉结构索，整体结构成型。

1、拉索施工方法

拉索现场施工内容主要包括三部分：低空无应力组装、空中牵引提升、高空分级同步张拉。

1.1 索网系的低空组装

1.1.1 拉索安装前的先序工作

1）拉索目测检查：索体表面和索头防腐层是否有破损。

2）检查拉索实际制作长度是否满足要求。

3）与拉索连接的节点检查：节点是否安装到位，且与周边构件连接可靠。

4）与拉索连接的构件应稳定可靠，必要时应设置支撑或缆风绳等。

5）对于在拉索安装后难以完成的工作，应在拉索安装前完成，如索头连接板的防锈涂层。

6）需对索头调节装置等部位涂适量黄油润滑，以便于拧动调节装置。

7）为方便工人施工操作，事先搭设好安全可靠的操作平台、挂篮等。

8）人员正式上岗前进行技术培训与交底，并进行安全和质量教育。

9）在正式使用前对施工设备进行检验、校核并调试，确保使用过程中万无一失。

1.1.2 索网系低空组装总体原则

1）所有构件尽量在近地面进行无应力组装。

2）自内向外、自上而下对称安装相同位置的构件。

3）先组装上径向索和上环索，再组装下环索、内环桅杆、下径向索、径向索之间桅杆。

4）除下径向索与内压环连接的索头之外，其它拉索的调节装置应调节至拉索制作时的索长标记位置，然后组装就位，以消除拉索制作长度误差。

5）为便于下径向索在索杆系提升牵引至高空后与内压环连接，下径向索在组装时调节装置可尽量放长。

6）索夹安装应严格按照索体表面的索夹标记位置进行安装，并用扭力扳手按照计算拧紧力矩进行螺栓的拧紧。

7）地面组装时应严格控制拉索长度和索夹位置。

1.1.3 索杆系组装施工顺序

索网组装施工顺序：上环索、上径向索、工装索铺设连接—>提升上径向索—>铺设下环索及连接其内环桅杆和索夹组装—>索网继续牵引提升—>边提升边安装可以安装的上下径向索之间桅杆—>锚固上径向索—>继续提升下径向索—>安装张拉下径向索—>安装张拉内环交叉索—>索网结构成型。

1.2 索网系的牵引提升

1.2.1 索网系牵引提升的先序工作

1）索网系低空组装完毕。

2）所有拉索连接检查完毕。

3）索网系与周边钢构连接检查完毕。

4）周边钢构及其支撑应稳定可靠，检查完毕。

5）结构构件和附属构件（如支架揽风绳等）应不阻碍索杆系的牵引提升路径，检查完毕。

6）牵引提升设备校验检查完毕。

7）组织牵引提升施工有关人员学习牵引提升操作细则，包括指挥信号、步骤、牵引提升量、应急方案等，人员组织、技术培训和交底完毕。

1.2.2 索网系牵引提升施工原则

1）应分级同步牵引上径向工装索，使各榀上径向索逐渐向内压环靠近。

2）牵引过程中应以控制索杆系整体位形为主，主要控制上径向工装索的牵引长度，牵引力作为参考，与计算结果进行工况比对。

3）牵引过程中索杆系整体位形的控制标准为：整体位形与理论分析相符，几何稳定，

压杆不出现平面外翻转。

4）牵引过程中上径向工装索牵引长度的控制标准为：与标准值的偏差小于±25mm。

5）牵引过程中牵引力的控制标准为：与标准值的偏差小于±20%。

6）主受力的牵引工装索的承载力应具有两倍的安全系数。

1.2.3 索杆系牵引提升施工工序

搭设操作平台—>安装和调试牵引设备—>初步牵引提升—>正式牵引提升—>上径向索与内压环连接就位—>下径向索与内压环连接。

一切准备工作做完，且经过系统的、全面的检查确认无误后，经现场吊装总指挥下达吊装命令后，可进行液压整体牵引提升。整个牵引提升过程中的索杆系的位形和内力，详

1）初步牵引提升

先进行分级加载试提升。通过试提升过程中对提升索杆系、外围结构以及牵引提升设备系统和工装的观察和监测，确认符合模拟工况计算和设计条件，保证牵引提升过程的安全。初始牵引提升时，各牵引点提升器伸缸压力应缓慢分级增加，最初加压为所需压力的40%， 60%，80%，90%，在一切都稳定的情况下，可加到100%，即索杆系试提升离开环索组装胎架。在分级加载过程中，每一步分级加载完毕，均应暂停并检查如：索杆系和工装等加载前后的变形情况，以及周边结构的稳定性等情况。一切正常情况下，继续下一步分级加载。当分级加载至环索即将离开组装胎架时，可能存在各点不同时脱架，此时应降低牵引速度，并密切观察各点脱架情况，必要时做“单点动”或微动牵引提升。确保环索脱架平稳，各点同步。分级加载完毕。环索脱离组装胎架约200mm 后暂停，停留约4 小时作全面检查各设备运行及其它构件体系的正常情况：索杆系和工装等加载前后的变形情况，每一牵引点的千斤顶受载均匀情况（压力表读数），以及周边结构的稳定性等情况。一切正常情况下，开始正式牵引提升。

2）正式牵引提升

初步牵引提升阶段一切正常情况下开始正式牵引提升。液压牵引提升过程如下所示：一个流程为液压提升器一个行程，亦即牵引工装索被牵引缩短一个行程的长度。如下所示，整个索杆系被一步步牵引提升，直至上径向索与内压环连接就位。

在整个同步牵引提升过程中应随时检查：

a.每一牵引点千斤顶受载均匀情况；

b.周边结构的稳定情况；

c.索杆系牵引提升过程的几何稳定性；

d.控制各牵引点的同步性；

c.在牵引工装索的钢绞线上标记刻度，配合测量牵引提升过程中的同步性；

e.牵引提升承重系统监视：

牵引提升承重系统是关键部件，务必做到认真检查，仔细观察。重点检查：锚具（脱锚情况，锚片及其松锚螺钉）；导向架中钢绞线穿出顺畅；主油缸及上、下锚具油缸（是否有泄漏及其它异常情况）；液压锁（液控单向阀）、软管及管接头。

f.液压动力系统监视：

液压动力系统监视内容：系统压力变化情况；油路泄漏情况；油温变化情况；油泵、电机、各电磁阀线圈温度变化情况；系统噪音情况。

3）牵引提升就位

上径向索的索头靠近内压环时暂停，各牵引点微调，精确调整索头的调节装置，使上径向索的索头与内压环连接就位。然后液压千斤顶卸载、拆除，完成牵引提升。上径向索与内压环连接时，索杆系需要在空中停留一段时间。通过液压牵引提升装置的机械和液压自锁装置，可使索杆系在空中（或提升过程中）的任意位置长期可靠锁定。又因索杆系提升高度较高，虽然索杆系属于镂空结构，风荷载对牵引提升过程影响较小。为确保索杆系牵引提升过程的绝对安全，并考虑到高空连接对口精度的需要，若索杆系空中长时间停留，必要时通过导链或者揽风绳将索杆系与周边结构或者看台连接，起到限制索杆系位移的作用。

4）设备卸载、拆除

上径向索与内压环连接就位后，牵引提升设备卸载和拆除。启动液压牵引提升系统，各吊点卸载时也分级卸载，依次为40％，60％，80％，在确认各部分无异常的情况下，可继续卸载至100％，使牵引工装索不再受力。

5）牵引下径向索与内压环连接，准备张拉下径向索。

1.2.4 工装索安装

通过施工力学分析，根据索杆系组装状态下的结构位形，确定所需的工装索的长度。

1.2.5 索夹安装

将拉索展开后，按事先在生产厂家做好记号的位置安装索夹。索夹分上下夹板，上下夹板将索夹住后，螺栓穿过螺栓孔进行初拧，初拧按照斜对角交叉顺序进行，初拧扭矩用终拧扭矩的30~50%。螺栓均安装初拧完成后，再用终拧扭矩把螺栓拧紧，顺序同初拧顺序。采用电动扳手对高强螺栓施拧。

1.2.6 索桁架桅杆安装

本项目桅杆分为环索桅杆和径向索桅杆，环索桅杆沿环索环向布置共52 件。径向索桅杆沿径向划分6 个网格，尺寸由拉环到压环依次为4m、9m、9m、9m、9m、5m。

1.3 索杆系张拉

1.3.1 张拉总体原则

（1）采用同步张拉下径向索，即仅主动张拉下径向索，而上径向索、环索均为被动张拉。

（2）分级同步张拉。

（3）模拟张拉过程，进行施工全过程力学分析，预控在先。

（4）拉索张拉控制采用双控原则：控制张拉力和位形，以控制张拉点的索力为主。

1.3.2 张拉前的准备工作

（1）根据钢结构安装方案和拉索施工方案，进行施工过程的精细化分析，掌握施工过程的结构状态和结构特性，为拉索施工提供参数（如拉索施工张拉力），为施工监测提供理论参考值，确保施工安全。

（2）拉索张拉前索杆系应全部安装完成，检查构件之间以及支座连接就位，考虑张拉时结构状态是否与计算模型一致，以免引起安全事故。

（3）直接与拉索相连的节点，其空间坐标精度需严格控制。节点上与索相连的耳板方向也应严格控制，以免影响拉索施工和结构受力。

（4）将阻碍结构张拉变形的非结构构件与结构脱离。

（5）拉索安装前，需对拉索张拉调节装置涂适量黄油润滑，以便于拧动。

（6）拉索张拉前，为方便工人张拉操作，事先搭设好安全可靠的操作平台、挂篮等。

（7）拉索张拉时应确保足够人手，且人员正式上岗前进行技术培训与交底。设备正式使用前需进行检验、校核并调试，确保使用过程中万无一失。

（8）拉索张拉设备须配套标定。

（9）千斤顶和油压表须每半年配套标定一次，且配套使用。

（10）根据标定记录和施工张拉力，计算出相应的油压表值。

（11）索张拉前,应严格检查临时通道以及安全维护设施是否到位，保证操作安全；

（12）索张拉前应清理场地，禁止无关人员进入，保证索张拉过程中人员安全；

（13）在一切准备工作做完之后，且经过系统的、全面的检查无误后，现场安装总指挥检查并发令后，才能正式进行预应力索张拉作业。

1.3.3 拉索张拉方法

（1）同步分级张拉的程序

1）为控制结构的整体形状，保证同步张拉均匀性，下径向索同步分级张拉。

2）为弥补张拉锚固预应力损失和长期徐变预应力损失，最后超张拉至105%。

3）同步张拉细分为5 级：初紧状态->25%->50%->75%->90%->105%。其中前4 级以张拉行程控制，最后一级以索力控制。

（2）主动张拉点：下径向索与内压环连接的索头。

（3）拉索张拉控制项目及其目标

1）拉索张拉控制采用双控原则：控制张拉力和位形，其中以索力为主。

2）索力控制，即控制下径向索的张拉力。

3）位形控制，即控制环索节点的标高。

4）张拉时支座条件：外围刚构的支座条件与设计要求一致。

5）张拉过程分析：模拟张拉过程，进行施工全过程力学分析，预控在先；张拉过程中的索杆系位形和内力详见施工分析。

1.3.4 张拉施工要点及注意事项

为保证拉索张拉施工顺利实施，确保拉索施工质量，需采取以下几点措施：

（1）为保证索力均匀，避免各榀拉索由于先后张拉的影响，各榀下径向索同步张拉。

（2）为保证各榀拉索张拉的同步性，同步张拉应分级进行。

（3）由于索杆体系中主要是通过张拉其中一部分（下径向索），而达到在整个结构中建立有效预应力，而最终预应力态与结构的零状态（安装状态）有密切关系。为保证拉索安装的精度，则首先支座安装精度要严格控制。

（4）千斤顶张拉过程中，油压应缓慢、平稳，并且边张拉边旋转调节装置。

（5）千斤顶与油压表需配套校验。标定数据的有效期在6 个月以内。严格按照标定记录，计算与环索张拉力一致的油压表读数，并依此读数控制千斤顶实际张拉力。

（6）张拉过程中，每个张拉点由一至两名工人看管，每台油泵均由一名工人负责，并由一名技术人员统一指挥、协调管理。

（7）拉索张拉过程中应停止对张拉结构进行其它项目的施工。

（8）拉索张拉过程中若发现异常，应立即暂停，查明原因，进行实时调整。

1.3.5 张拉设备使用

（1）施加预应力所用的机具设备及仪表由专人使用和管理，并定期维护和校验。进场后，对千斤顶和压力表进行配套标定，确定压力表和张拉力之间的关系曲线。标定在经主管部门授权的法定计量技术机构定期进行。张拉机具设备与锚具配套使用，根据索的类型选用合适千斤顶及油泵，进场后，试运行确保正常后，方可调至工作台面。对长期不使用的张拉机具设备，在使用前进行全面校验。

（2）施工现场机具要配套完整，千斤顶与油压表须经过国家有关质检部门进行配套标定，标定数据的有效期在6 个月以内。使用时千斤顶要与其对应标定好的油压表配套使用，不能混淆乱用。严格按照标定记录，计算与拉索张拉力一致的油压表读数，并依此读数控制千斤顶实际张拉力。

（3）张拉机具按顺序安装好，使千斤顶的张拉作用线与索的轴线重合一致，使受力合理。

（4）把千斤顶和油泵用油管连接好，安装与千斤顶所对应配套标定的油表，油泵电源接好，试好油泵的开机和关机，确保机具能正常使用，并注意油泵液压油是否够用。

（5）千斤顶张拉过程中，油压应缓慢、平稳。对于有调节装置的拉索，应边张拉边旋转调节装置。

（6）张拉过程中，每个张拉点由一至两名工人看管，每台油泵均由一名工人负责，并由一名技术人员统一指挥、协调管理。

（7）拉索张拉过程中应停止对张拉结构进行其它项目的施工。

（8）拉索张拉过程中若发现异常，应立即暂停，查明原因，进行实时调整。

1.3.6 张拉调整措施

当张拉后出现索力或结构形状与理论值出现较大偏差时，应采取以下措施予以调整：

（1）重新检查分析模型和分析数据

在合理范围内，调整计算参数，进行分析对比，明确理论值的可变范围。若施工偏差在理论值的可变范围内，说明施工偏差仍处于正常理论值范围内，施工正常。

（2）若主动张拉索的索力到，而被动张拉索的索力偏差较大首先采取的措施为：在主动索的合理索力范围内，对主动索的索力予以调整，以使被动索的索力满足要求。若仍无法满足要求，则可以针对性的对个别索直接施加预应力进行调整。调整原则是：控制索力。

（3）若主动张拉索的索力到，而结构形状偏差较大

张拉后索杆系形状，是由被动索和桅杆的安装长度以及主动索的张拉力决定的。若主动张拉索的索力到，而结构形状偏差较大，则说明被动索或桅杆安装长度出现问题。采取的措施是：采用监测仪器（如全站仪），量取形状偏差较大的局部的节点坐标，计算相应索段或拉索的长度，与理论值对比，确定索长安装偏差。对索长安装偏差大的拉索直接进行张拉调整，调整其索长至合理值。

1.3.7索桁架施工控制原则

为保证索桁架最终成型状态的质量，必须在拉索制作、组装、提升和张拉各阶段进行有效控制，各阶段关键控制原则如下：

（1）拉索制作

1）控制拉索制作长度和索夹位置：在设计预应力条件下，并考虑制作时和现场组装时的环境温度差，进行拉索下料制作和索夹位置标记。

2）控制拉索自身的非弹性变形：在制作厂内进行拉索预张拉，消减拉索非弹性变形。

3）消减拉索制作长度误差：设置调节装置，在张力条件下在调节装置上标记设计长度。

（2）拉索组装

1）控制拉索组装连接长度和索夹安装位置：实测相关连接刚构的安装误差，并根据拉索制作误差，通过索头调节装置调整拉索组装长度；严格按照索体表面的索夹标记位置安装索夹，且及时拧紧索夹。

2）控制索体扭转：在制作单位预张拉时，在索体平直状态下，在索体表面标记顺直线；现场拉索组装时，将拉索按照顺直线展开，避免拉索张拉后索体过大扭转。

（3）牵引提升

牵引提升控制原则：以控制牵引长度为主，以控制牵引力为辅。52 根径向索的牵引、张拉和锚固的同步性要满足计算分步的要求（在同一分步内，拉索对称分批安装）。

（4）张拉

1）张拉控制原则：以控制施工张拉力为主，以控制结构位形为辅。

2）分级张拉过程中，前若干级控制主动张拉索的缩短量，最后一级控制张拉力。

最后，成品拉索在生产制作过程中采取诸多防护手段，在出厂前对索体进行了包装防护。但在索盘运至施工现场后，必须在整个钢屋盖安装全过程中注意索的防护。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种轮辐式双层索桁架结构，设于全张力结构体系中，其特征在于：包括内侧的双层环索、外围的压环梁（1）以及在辐射状设于两者之间的一系列径向索桁架；

所述双层环索包括上环索（2）和下环索（3），所述上环索（2）上间隔设置上环索夹（4），所述下环索（3）上间隔设置有下环索夹（5），所述上环索夹（4）和下环索夹（5）竖向对应；

所述径向索桁架为三角桁架，包括上径向索（6）、下经向索（7）和桅杆（8）；

所述上径向索（6）的内侧端通过上环索夹（4）与上环索（2）连接，外侧端与压环梁（1）锚接；所述下经向索（7）的内侧端通过下环索夹（5）与下环索（3）连接，外侧端与压环梁（1）锚接；

所述桅杆（8）间隔竖向设于上径向索（6）和下经向索（7）之间，顶底两端分别通过径向索夹（9）与上径向索（6）和下经向索（7）连接。

2.根据权利要求1所述的一种轮辐式双层索桁架结构，其特征在于：所述上环索夹（4）和下环索夹（5）的结构相同，包括主体块（101）、环索索槽（102）、环索盖板（103）、调节螺栓（104）和径向连接耳板（105）；所述主体块（101）为矩形块，其腰部设有减重结构；所述索槽（102）有若干，对称设于主体块（3）的上下板面上，所述上环索（2）或下环索（3）的单体索设于环索索槽（102）内；所述环索盖板（103）盖设于环索索槽（102）之上；所述调节螺栓（104）竖向设于环索索槽（102）两侧，贯穿环索盖板（103）后与环索索槽两侧的板体固连，通过调节螺栓（104）的旋转实现环索盖板（103）与上环索（2）或下环索（3）之间摩擦力的调节；所述径向连接耳板（105）竖向设于主体块靠近径向索桁架的一侧，其上开设销孔与上径向索（6）或下经向索（7）的索头销轴连接。

3.根据权利要求2所述的一种轮辐式双层索桁架结构，其特征在于：所述上环索（2）和下环索（3）分别由八根单体索组成，相应的，所述上环索夹（4）和下环索夹（5）的索槽（4）的数量分别为四对，上下板面各设置两对，八根单体索分别嵌设于八个索槽（4）中。

4.根据权利要求1所述的一种轮辐式双层索桁架结构，其特征在于：所述上环索（2）和下环索（3）之间设置有桅杆（8），所述桅杆（8）的顶底两端分别与上环索夹（4）和下环索夹（5）固连，相应的，所述上环索夹（4）的底面和下环索夹（5）的顶面上分别设置用于与桅杆连接的连接耳板。

5.根据权利要求1所述的一种轮辐式双层索桁架结构，其特征在于：所述径向索夹（9）包括主体板（201）、径向索槽（202）、径向盖板（203）、控力螺栓（204）和径向连接耳板（205），所述主体板（201）为矩形板，所述径向索槽（202）设于矩形板的顶面上，所述上径向索（6）、下经向索（7）嵌设于径向索槽（202）内，所述径向盖板（203）盖设于径向索槽（202）之上；所述控力螺栓（204）竖向设于径向索槽（202）两侧，贯穿径向盖板（203）后与环索索槽两侧的板体固连，通过控力螺栓（204）的旋转实现径向盖板（203）与上径向索（6）或下经向索（7）之间摩擦力的调节；所述径向连接耳板（205）设于主体板（201）的底面上，其上开设销孔用于与桅杆（8）连接。

6.根据权利要求1所述的一种轮辐式双层索桁架结构，其特征在于：所述压环梁（1）为环形钢结构梁，其底部支设有钢结构桅柱；所述压环梁（1）上设置双耳板，所述双耳板上分别开设预留孔，用于与上径向索（6）和下经向索（7）的索头连接。

7.根据权利要求1所述的一种轮辐式双层索桁架结构，其特征在于：所述上环索（2）和下环索（3）之间，在相邻两根桅杆（8）之间设置交叉碳纤维索（11）。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种轮辐式双层索桁架结构的提升方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：上径向索（6）和上环索（2）结构在地面组装，进行提升器安装；

第二步：上径向索（6）和上环索（2）进行初步提升；

第三步：在上径向索（6）挑起位置安装桅杆（8），在地面组装下径向索（7）和下环索（3）；

第四步：整体牵引提升索结构，继续牵引上下径向工装索，协同提升整个索网系，直至将上径向索（6）与压环梁（1）锚接；

第五步：继续牵引下径向索（7），安装次外圈的桅杆（8）；

第六步：继续牵引下径向索（7），安装最外圈的桅杆（8）；

第七步：继续牵引下径向索（7），将下径向索（7）与压环梁（1）锚接；

第八步：拆除内环交叉工装索，安装交叉碳纤维索（11），整体结构成型。

9.根据权利要求8所述的一种轮辐式双层索桁架结构的提升方法，其特征在于：所述第二步中，初步提升的高度为16m～14m；所述第五步中，在下径向工装索还剩5m～3m时，安装次外圈的桅杆（8）；所述第六步中，在下径向工装索还剩1m时，安装最外圈的桅杆（8）。

10.根据权利要求8所述的一种轮辐式双层索桁架结构的提升方法，其特征在于：上径向索（6）或下径向索（7）的牵引、张拉和锚固的同步性要满足计算分步的要求，即在同一分步内，上径向索（6）或下径向索（7）对称分批安装。

Images