银川火车站雨篷大跨度张弦桁架施工技术
饶益民'，焦挺，钱建’，蔡占聪²，张霞军
（1.浙江省建工集团有限贵任公司，浙江杭州310012:2.兰州铁路局银川站改指拆部，宁夏银川750011）
【摘要】银川火车站雨篷大跨度张弦架采用二次预应力张控方案.在现场搭设拼装胎模架，拼装焊接后进行 30%（40%）预应力初张控，桁架吊装后进行30%（40%）-100%的二次预应力张控.通过施工前的模拟仿真计算，得到施工过程应力、应变数据，随工过程中通过应力、应变监测，保证了二次预应力张控张弦榭架的整体成型.[关键词]钢结构：车站：站房：雨蓬：张弦桁架：预应力：张控
[中图分类号]TU758 [文献标识码]A
[文章编号】1002-8498（2011)22-0017-03
Construction of Large-span Truss String at Yinchuan Railway Station Canopy
(1. Zhejiang Constraction Enginerrng Grap Ca. Lad. Hangrhou Zhejiang 310012 Chine; Rao Yimin' Jiao Ting' Qian Jlan' Cai Zhancong? Zhang Xiajun'2. Statin Repiring Hequarer f Yinchn Lanh Riy Bur Yincun Ningia750011 Cin)
Abstract;Large-span truss string of Yinchuan Railway Station canopy applies the second pre-stressedprogram. The jig is erected on site and 30% (40% ) early prestressing tension is done afer theassembling and welding. Then 30% (40% ) ~ 100% secondary prestressing tension is carried out affertruss hoisting. Through the simulation calculations before the construction stress and strain data at theconstruction process are obtained. The overall shape of truss string is ensured with secondary prestressing tension by the stress and strsin monitoring.
Key words;steel structures; stations; station buildings: canopy: truss strings; prestressing; tension
转线，雨篷分两期建设，二期雨篷等新建站房正式投人使用，拆除老站台原有而篷后建设.一期建设靠 近新建站房的两连跨雨篷，跨度44m41m，建筑面积38124.95m².
张弦桁架是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中混合结构体系，通过在下弦拉索中施加预应力，使上 间连接撑杆形成的新型自平衡、大跨度预应力空间弦杆压弯构件产生反挠度，在荷载作用下减小挠度，面撑杆对上弦的压弯构件提供弹性支撑，改善整体结构受力性能.由于张弦桁架结构体系简单、受力 明确，充分发挥了刚柔材料各自优势，被应用于大跨度、大空间结构的展览馆、航站楼、会议中心等公共场所，高铁新建或改扩建的火车站无站台柱雨篷大
都采用张弦桁架而获得大空间造型.
无柱雨篷采用单向多跨张弦桁架结构形式，横向为两跨连续张弦桁架（见图1），由Y形柱支撑，共 44福，间隔10.5m.张弦桁架上弦由两根间距3.5m的拱梁组成，拱梁采用4530mm钢管，撑杆为180mm的两根钢管组成7对V形撑.张弦桁架下
1工程概况
银川火车站改造工程包括站房、雨篷、天桥及地下通道等四部分.通过天桥将原有火车站和新建站房东西向连为一体，雨篷南北对称布置，采用铁路无站台柱雨篷，长456m，五连跨宽209m，整个无柱雨 篷形成空间波浪造型.因涉及与原有火车站的连接
图1雨篷张弦析架示意Fig. 1 Truss string of canopy
2预应力张拉方案选用
3吊装机械选择
4施工组织
4.1施工总体部署
弦为预应力拉索，雨篷南北端头部紧连的两福41m跨和44m跨均采用5×139拉索，中间部位41m跨和44m跨均采用45×127拉索.采用双层高密度锚具.两连跨张弦桁架既各自独立承担竖向荷载作 聚乙烯（HDPE）护层，强度≥1670MPa，采用可调节用，同时又相互影响，充分结合并发挥了张弦结构和多跨连续梁各自的优势性能.
大质量约20t，受到交通运输设备及吊装工艺限制， 张弦桁架长44.41m，宽3.5m，高2.4m，单福最只能将桁架的钢构件在专业加工厂家切割下料，然后运输到现场拼装焊接.张弦析架拉索的预应力减状态，预应力施加后张弦桁架结构外形达到设计状 少了上弦杆的弯矩，使上弦杆受力接近于拱的受力态，形成屋架的受力体系.合理的预应力张拉顺序是施工的重点和难点.
张弦桁架预应力的确定一般有两种张拉方案：①一次张拉法张弦衔架在拼装胎架上一次张拉到 位；②二次张拉法预应力张拉分2次，第1次在拼装胎架上，第2次在温度键间张弦桁架及擦条和支撑成整体后实施.一次张拉法避免了预应力高的变形调整，二次张控法需要搭设高空张拉平台，张 空作业，但一次张拉到位后不利于桁架吊装就位后拉控制相对一次张拉法难度加大，但二次张拉能够在桁架吊装就位后进行变形调整，有利于屋架的整体变形协调一致.由于银川火车站雨篷面积大，屋拉方案，有利于桁架的吊装和整体屋面的成型. 面整体呈波浪造型，张弦析架的预应力采用二次张
单榴张弦析架最大自重20t，桁架安装高度14.25m，需要的起重高度为24m，80t履带式起重机 在工作半径为10m，臂长选用34m时，可吊装的质量为22.95t，达到的吊装高度为32.5m，满足现场张弦桁架吊装需求.
为保证张弦桁架在吊装过程中的稳定性，空中拼装的可调节性，防止张弦桁架发生较大变形，采用 四点方式进行吊装（见图2），吊点设置在桁架上弦节点上，距离桁架端头11m，每个吊点选用一根18mm钢丝绳，钢丝绳吊索与水平面角度控制在45°~60°
根据施工设计图纸、选用的吊装机械及现场情况，先深化张弦桁架钢构件加工图纸，将张弦桁架进行分段，在专业钢构件厂家加工后运输到施工现场， 然后在现场搭设拼装张弦桁架的胎架，在胎架上进
图2张弦析架吊装示意Fig.2 Truss string hoisting
行拼装焊接.张弦桁架成型后在胎架上进行预应力初张拉，吊装就位后进行二次张拉.
4.2张弦桁架施工工艺流程（见图3）
闺3张弦析架施工工艺流程Fig.3Construetion process of truss string
4.3拼装胎模架搭设
张弦桁架可采用直楼平躺在地面胎模架上平拼，操作简单，测量校正方便，但需要配备起重机械
另外可以将弦杆站立在空中胎架上立接，但立焊缝预应力时，张拉完成后，水平位移2mm（向内）.增多，增加了焊缝操作难度.张弦桁架呈弧线形，空吊装时不需翻身起吊，拼装后一次直接吊装就位，因 此采用立接.
保证构件翻身媒接，同时也需要有足够的操作场地，127拉索，初张拉力选择40%（200kN）的设计初始
3）二次预应力张拉30%（40%）-100%的设计中立接有利于控制整体形态，初次预应力张拉便利，初始预应力，得到二次张拉模拟施工过程仿真数据：最大竖向位移106mm（向上），最大水平位移33mm （向内），最大钢构件应力103MPa（受弯）.
张弦桁架最大自重20t，弦杆重178kg/m，若采用传统的钢支撑组拼胎架，需要有辅助的缆风绳加固播施，现场安装移位受到场地影响不太便利，采用 钢管扣件搭设胎架，搭拆方便.搭设胎架采用届件，高度5m，立杆间距0.5m×0.5m，将脚手架直接搭设在铁路轨道面基础上，经验算钢管扣件搭设胎架满足要求.
4.6预应力初张拉
单福张弦桁架在地面胎架上拼装完成后，先借助倒链安装预应力拉索.预应力拉索在工厂内缠绕48mm×3.5mm（验算采用3.0mm壁厚）钢管扣端向另一端借助倒链率引放张拉预应力拉索.预应 成盘，将预应力索盘吊运至该福张弦析架端头，由一力拉索安装到位后，调整索体锚杯露出螺母的长度，采用一端张拉的方法，张拉力选用30%（40%）的设计初始预应力.在张拉过程中将张拉力细分为3小 级，在每小级中使千斤顶给油速度均匀，在张拉完成每小级后，千斤顶停止给油，测量索体的伸长值.张
4.4张弦桁架拼装
张弦桁架构件到场后根据现场拼装场地顺次堆放，采用25t汽车式起重机拼装桁架构件.先在胎拉采用索力和变形双重控制，以变形控制为主.架上进行拼装构件的初定位，用经纬仪在钢管扣件投影线，然后从中间往两边对称进行拼装.拼装时范要求.装时的位置状态调整后用小横杆上下固定，然后依设测量仪器，监测各个基准点和外形线的实际位置并与理论位置进行比较，然后进行构件的精度调整，焊接专用挂钩扣在Y形柱顶的横梁上.达到误差要求后，按照既定的焊接顺序对该吊装段的构件进行固定焊接，对接成整桁架.
胎模架上定出张弦桁架各弦管腹管中心及轮廓线的钢结构应力为5MPa（压应力），满足设计及施工规 张弦桁架初张拉的最大水平位移为4mm，最大
先将中间位置弦杆的构件放置在胎架上，按实际安4.7张弦桁架吊装
吊装前将两端支撑张弦桁架的Y形柱支撑吊吊装操作平台，操作平台由角钢焊接成吊篮，吊篮用
采用80t履带式起重机单机起吊、近距离负荷行走、回转就位的吊装方法.吊装时成立吊装领导 小组，制定统一的指挥操作系统，绘制现场吊装岗位图，定机、定人、定岗、定责任，使整个吊装过程有条不素地进行.
拼装尺寸按设计要求进行，焊接电流不能过大，选择合适的煤条.拼装过程中对胎架进行监测，防止出现较大变形影响拼装精度.桁架节点标高位置和水平投影长度应在拼装过程中实时测量，及时调整偏差尺寸，避免和消除过多累计误差.考虑到现 场拼装的场地和整体吊装需求，张弦桁架采用两棍并排拼装.
张弦桁架起吊到安装高度后，由于桁架端部与柱头支座还未连接，单相桁架处于不稳定状态，这时 吊机不能卸钩，在空中静停一段时间后，缓慢移动桁架将张拉端与柱头支座先进行销接，然后缓慢移动析架另一端与柱头支座销接就位.张弦桁架端头与柱头支座连接后，两边对称各拉两道缆风绳，然后卸 钩进行下一福的吊装.相邻两福张弦桁架吊装就位后，立即进行屋面条及连接杆件安装.
4.5张弦桁架施工仿真计算
以抵消支座水平位移为原则确定.经采用专业软件 根据设计相关要求，单福张弦析架的拉初应力MIDAS建模计算，得到施工过程仿真数据.
初张拉力选择30%（285kN）的设计初始预应力时，预应力时，张拉完成后，水平位移为3mm（向内）.
1)44m跨张弦桁架最外侧两跨45×139拉索，4.8预应力二次张拉
预应力二次张拉前，先用钢管扣件在张拉端搭127拉索，初张拉力选择40%（220kN）的设计初始张拉程序：0一10%a（a为张拉控制应力）一 张拉完成后，水平位移为4mm（向内）；其余跨45×设下挂操作平台，上铺脚手板，平台四周搭设栏杆，103%一持荷2min→锚固，张拉采用索力和变形2）41m跨张弦析架最外侧两跨45×139拉索，双重控制，以变形控制为主.依次吊装相邻的6福
初张拉力选择30%（240kN）的设计初始预应力时，张弦桁架，并将相应的屋架构件连接后，开始进行张 张拉完成后，水平位移3mm（向内）；其余跨$5x
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（上接第19页）
5结语
四分点加载位移试验值与理论值相差在5%以内，论证了计算模型建立的正确性，并且验证了纸芯模弹性模量及泊松比的取值合理性.
表4为3个试件应变试验结果的平均值得出的应力和理论应力结果比较.
表4四分点加载理论值与试验值应力结果比较
Table 4 Stress parison of theoretical stress
and test stress at the quarter points MPs试件 外侧内侧外侧内侧 两加靠处 中性轴土缘 跨中试验 0811-220-81-960-80-680- 上缘上栋下燥下绿 下缘试验/理论0.681.11 0.450.530.730.760.78 理论 -1.3-0.7-2.1-2.6-0.3-1.52.3
值，以此类推，跨中截面的中性轴即图2中的10，12 表4中的外侧上缘指图2中的1 4测点的平均测点的平均值.
由表4可得，加载4445kN时，试验值与理论值在跨中截面（纯弯段）的上、下缘应力相比，以及距加载处5cm处的应变试验得出的应力值与理论值 相比差值较大，这是因为加载处的应力集中，造成纸芯模受力不均面非理想的受力状况所致.畸中截面的上、下缘应力的平均值与中性轴位置处的应力进行比较可知：纸芯模在垂直荷载作用下，在垂直于纸
弦桁架的空中二次预应力张拉.二次预应力张控30%（40%）-100%的设计初始预应力，在张拉10%g→103%a过程中将张拉力细分为5小 级，在每小级中使千斤顶给油速度均匀，在张拉完成每小级后，千斤顶停止给油，测量索体的伸长值.
张弦桁架二次张拉最大竖向位移106mm（向上），最大水平位移33mm（向内），最大张拉力为433kN，最大钢构件应力103MPa（受弯），满足设计 及施工规范要求.
为保证张弦桁架安装精度和吊装施工安全，对桁架的钢构件进行应力和应变监测，结合施工仿真计算结果，在跨中和1/4跨弦杆位置布设监测点，预 应力张拉过程中，用全站仅和油压传感器监测变形情况.
通过理解掌握张弦桁架整体的结构力学性能，进行张弦桁架预应力及吊装过程中的施工模拟分 析，确定合理的设计控制张拉方案和张拉顺序，经现场监测，张弦析架的变形在规范允许范围，保证了张弦析架施工的整休成型和施工质量.
3结语
参考文献：
参考文载：
芯模轴线方向不符合平截面假定.
本文提出了纸芯模材料力学特性的测试方法，根据线性回归分析，纸芯模的弹性模量为1300MPa，泊 松比为0.14.自加载至破坏，纸芯模抗拉应力与应变的关系基本呈线性关系，抗拉极限强度为2.20MPa.通过纸芯模四分点加载试验，可知其在卸载后具有较大的残余变形，在垂直荷载作用下，垂直于纸芯模轴时，可假定在荷载作用下处于小变形和线弹性阶段， 线方向不符合平截面假定.但建立纸芯模力学模型各种荷载对结构的作用符合线性叠加原理，此计算模型可用于实际工程的计算.
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1）预应力张拉是张弦桁架施工控制的重点和难点，需要综合考虑设计和施工现场的场地情况，在施工过程中进行有效监测，并与模拟仿真计算数据对比，确保预应力张拉到位，保证张弦桁架达到设计 效果.
2）桁架吊装需要统一指挥，协同作业，选择合理的吊装及屋面构件安装顺序，减少屋架变形.
体系的形成和屋面空间造型成型的协调一致. 3）无柱雨篷采用二次张拉，利于屋架空间受力
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