预应力钢拉杆施工全过程分析及检测
李淑娴，陈国栋，王煦，郭静，范晓伟 （精工钢集团国际业务部，上海200233）
[摘要]越南河内NoiBai国际机场项目施工中主要使用扭矩扳手对预应力钢拉杆进行张拉及补张拉.对拉杆张进行张拉的可行性.使用SAP2000计算分析软件模拟分析了拉杆的整个施工过程中的内力变化情况，根据计算分 拉前首先通过试验验证了磁通量法测拉杆拉力的准确性，厂家提供拉杆扭矩系数的准确性及使用扭矩披手对拉杆析得到的拉杆内力可确定需要进行补张拉的拉杆，并使用扭矩板手对拉杆进行补张拉.
[关键词]钢结构；桁架结构；拉杆；张拉；施工技术
[中图分类号]TU758.166 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2014)08-0052-03
Construction Whole ProcessAnalysis and Detection for Prestressed Steel Rods
Li Shuxian Chen Guodong Wang Xu Guo Jing Fan Xiaowei( *oooyy *d Pupg pg *mdg ssng o)
Abstract During construction of Noi Bai Intermational Airport the steel rods are tensioned by torquewrench. Before tensioning steel rods acuracy of measuring tension force is verified through experimentsapplying and controlling prestress by torque wrench. Using software SAP2000 the intermal force change of with magnetic flux method accuracy of torque coefficients offered by manufacturer and feasibility of thetension rods in the whole construction process were analyzed and magnetic flux method was used to verifyaccuracy of the analysis result. The rods which should be re-lensioned can be obtained based on theresult and using torque wrench to re-tension rods.
Key words ;steel structures; trusses; tension rods; tension; construction
1工程概况
越南河内NoiBai国际机场航站楼屋顶结构为桁架结构体系，主要包括主桁架、次桁架及次梁等. 主桁架为W形截面的空间桁架，支承于混凝土柱或斜钢柱上.主桁架弦杆及竖向腹杆为圆管，斜腹杆为交叉的Macalloy520钢拉杆，整个TB区共有2304根钢拉杆，直径包括Φ30，Φ36，中42，Φ48mm4TB区屋顶结构如图1所示. 种.次桁架为平面衍架，支承在中间2福主衍架上.
图1TB区屋顶结构示意Fig. 1 Roof structure in TB zone
2屋顶施工流程
本项目中预应力钢拉杆的施工有地面拼装、高空补装及高空补张拉等过程.设计对钢拉杆有以下技术要求：①拉杆需用扭矩扳手或被批准的相近 方法进行张拉；②拉杆预紧力需用被批准的方法进行测量（如应变仪）：③拉杆在地面上张拉至50kN，
当屋顶结构完全就位后，退出工作的拉杆需要进行补张拉，以保证每根拉杆的挠度不大于跨度的 1/300.补张拉完成后需要记录拉杆的拉力.
整个TB区屋顶施工过程如下：地面拼装主析架，并对钢拉杆腹杆进行张拉（见图2a）一安装主析架（见图2b）一补装吊装分段间钢拉杆（见图2c）→
安装次结构（次桁架、次梁等）（见图2d）一移除临（见图2e）. 时支撑架，对不满足设计要求的杆件进行补张拉
杆扭矩系数进行标定.针对以上问题，通过1组试验来验证磁通量法测量拉杆内力的准确性并对拉 杆扭矩系数进行标定.
3.1拉杆试验
选取主衍架局部进行足尺的拉杆拉力试验，以应变片测出的拉力读数为准，校核磁通量读数，将拉杆张拉至指定内力，以获取扭矩扳手施加扭矩与 拉杆拉力的对应关系，得到实测的扭矩系数，试验模型如图4所示.
图4试验模型Fig. 4Test model
Fig. 2 Construction flow of steel roof in TB zone 图2TB钢结构屋顶施工流程
为保证标定精度，对每个传感器进行3次标定，拉杆内力测量结果如表1所示.
量传感器测量出的拉杆内力结果与应变片测量的拉杆内力结果均能很好地吻合，表明EM磁通量传感器有着良好的测量精度，适用于钢拉杆拉力检测.
3地面拼装
地面拼装是将结构的运输分段在施工现场地面拼装成吊装单元.主桁架运输分段如图3所示，每段主桁架分为倒置三角形的空间桁架、平面桁架及散件.主衍架吊装单元组装完成后安装钢拉杆 腹杆，并对其张拉，设计要求在地面拼装阶段需将拉杆张拉至50kN.安装钢拉杆前，为检测记录钢拉杆在各个施工过程中的内力，选取部分钢拉杆安装磁通量传感器（EM），及时用磁通量传感器测量拉 杆的预紧力，其中磁通量测拉杆内力的准确性需要进行验证.
的扭矩系数，结果如表2所示. 参考表1中的标定数据，分别计算2根钢拉杆
从表2可以看出扭矩系数在0.198-0.229，与钢拉杆厂家提供的数值（0.18）基本一致.
应力的可行性. 上述试验也验证了扭矩扳手张拉控制拉杆预
为能检测整个施工过程中钢拉杆的拉力，地面安装钢拉杆时选取30根钢拉杆安装磁通量传感器，以此记录整个施工过程中的拉杆内力.30根钢拉杆的选取原则为：①每种直径的拉杆都应包含：② 每种直径的、长度较大与较小的拉杆：③在施工过程中，内力变化较大的拉杆.在此原则下选取的拉杆可以很好地反映整个施工过程中拉杆内力的变化情况，也能保证拉杆在整个施工过程中的安全性.
图3主桁架运输分段示意Fig. 3 The main truss transport segment
3.2钢拉杆张拉顺序
张拉联序不同，后张拉杆件对已张拉杆件内力的影响也不相同，为保证张拉精度，应选用影响小的张拉顺序.使用SAP2000软件分别模拟同一平序.在模拟同一平面内的钢拉杆张拉顺序时，同一 面内及同一节间的钢拉杆自中间向两边的张拉联节间的钢拉杆张拉顾序又分为同时张拉及依次张拉两种.在模拟同一节间内的钢拉杆张拉顺序时，
本项目中使用扭矩扳手对钢拉杆进行张拉，由目标拉力，通过公式M=KNd（M为扭矩，K为扭矩 系数，V为目标拉力，d为拉杆直径）确定扭矩，使用扭矩披手对钢拉杆施加此扭矩便可得到相应的拉杆目标拉力.其中厂家提供的拉杆扭矩系数的准确性决定了张拉的精确性，因此需对厂家提供的拉
表1拉杆内力测量结果
Table 1Measuring result of internal foree for pulling rods
单个扳于扭矩/ 第1次 第2次 第3次拉杆 (N-) EM传感器/kN 应变片/kN EM传感器/kN 应变片/kN EM传感器/kN 应变片/kN钢控杆1 40 80 19.707 9.562 24.088 6.854 21.050 8.075 18.372 7.849 21.050 7.693 18.030 7.792160 120 32.225 36.047 30. 146 36.687 34.160 38.679 34.525 31.994 31.688 39.493 28.439 34.724200 55.515 47.237 54.758 47.721 54.261 44.991钢控杆2 40 80 10.760 18.805 17.625 6.936 11. 770 17.302 14.385 7.334 21.425 8.992 18.251 7.647160 120 29.942 39. 107 27.262 38.094 37.677 25.271 33.801 24.960 81866 26.628 28.257 39.202200 46.597 48.214 49. 796 47.787 45.095 47.674
进行张拉后，将吊装单元起吊，置于临时支撑架上.当主桁架吊装就位后，将相邻吊装段进行对拉杆进行张拉，仍将其内力张拉至50kN. 接，补装对接处的钢拉杆，并用扭矩扳手对这些钢
表2扭矩系数的标定
Table 2 Calibrate for torque coefficient
XNd M= EM 钢拉杆1 应变片 EM 钢拉杆2 应变片M扭距/（Nm） 400 400 400 400 预紧力/kN 直径/m 53. 843 37.5 46 649 37.5 47. 162 37.5 47. 892 37.5K扭矩系数 0. 198 106 0. 228 655 0. 226 168 0. 222 725
4.1高空补张拉
根据设计要求，当屋顶结构全部完成且去除临时支撑后，需对退出工作的钢拉杆进行补张拉，以保证每根钢拉杆的挠度都小于跨度的1/300.在现 场高空拉杆的挠度难以测量，可通过拉杆挠度与拉力的关系，由拉力确定需要补张拉的杆件.
同一平面内的钢拉杆张拉顺序也分为同时张拉及依次张拉两种.
钢拉杆的内力变化情况，同一平面内钢拉杆自中间 对比上述几种钢拉杆张拉顺序下，各步骤中的向两边对称张拉时同一节间钢拉杆同时张拉，且同一节间内钢拉杆自中间向两边对称张拉时同一平面内的钢拉杆同时张拉的张拉顺序最优（见图5）.
通过计算、归纳整理，当拉杆内力小于表3中值时应进行补张拉.
表3拉杆需要补张拉的最小内力值
Table 3 The minimum internal force for
additional tension of the pulling rod拉杆直径 控杆长度/m 最小内力/kN36 430 1. 646 ~ 3.398 1.774 ~ 4.858 20 203.402 ~ 4. 470 20642 5. 169 ~6. 424 1.691 ~ 3. 749 20 353.777 4. 425 5. 122 6.356 35 3548 1.712 2.351 353.684 4.382 5. 069 6.309 35 35
越南河内NoiBai国际机场航站楼屋顶共有2304根钢拉杆，数量巨大，对每根拉杆的内力进行测量很不现实，本项目中采用计算软件SAP2000进行施工过程的仿真分析来确定拉杆的内力.
图5最优拉杆张拉顺序
Fig. 5 The optimal tensioning sequence for pulling rod
4.2施工仿真分析
在地面拼装阶段，按上述张拉顺序，使用扭矩扳手对拉杆进行张拉.
采用SAP2000，根据实际受荷及约束情况，对整个TB结构进行施工模拟分析，可提取钢拉杆在各个施工过程中的杆件内力.整个施工分析大致分
4 高空补装
在地面将主桁架拼装成吊装单元，并对钢拉杆
（下转第92页）
5.2.3支持区4层与办公区6层吊装
梁（见图2），吊装顺序同5.2.2节. 吊装时因屋面楼板不能打穿，所以固定点为房
图2吊装固定点示意Fig. 2 Hoisting fixed point
5.3安全注意事项
1）各吊点起吊速度相差较大，造成管道上升过程中一头高，一头低，容易出现管道滑落而造成安全事故.
2）葫芦使用前应仔细检查吊钩、链条及轮轴是否有损伤、传动部分是否灵活；拴上重物后，先慢慢 拉动链条，待起重链条受力后再检查一次，看齿轮咬合是否妥当，链条自锁装置是否起作用.确认各部分情况良好后，方可继续工作.
3）手拉动链条时，要均匀缓慢，不得猛拉.不得在与齿轮不同平面内进行拉动，以免造成跳链、 卡环现象.齿轮部分应经常加润滑油，尊爪、棘轮和棘爪弹簧应经常检查，发现异常应予以更换，防
（上接第54页）
为以下步骤：地面拼装，对钢拉杆施加50kN的预紧力一吊装一吊装就位，补装对接处的钢拉杆一安装次桁架、次梁及擦条一拆除临时支撑架进行卸载一对退出工作的钢拉杆进行补张拉.
每根拉杆在各施工状态下的内力.在去除临时支 通过以上施工仿真分析，可以方便快捷地得到承状态下，应对内力值小于表3中最小内力值的拉杆进行补张拉.
定需要补张拉的杆件及需要补张的内力值，然后使 根据去除临时支撑状态下各钢拉杆的内力，确用扭矩扳手对这些杆件进行高空补张拉.在施工仿真分析里，通过降温对需要补张拉的杆件施加需要补张拉的内力值，可得到各拉杆补张拉后的内力值，便于记录.此外通过施工仿真分析还可以监测 钢拉杆在各个施工过程中的内力，保证结构的安全施工.
施工仿真分析的准确性可通过30个磁通量传感器测出的各个状态下各拉杆的内力值来验证.
5结语
1）利用扭矩扳手对钢拉杆进行张拉或补张拉，
止传动失灵导致重物自坠.
6施工效果
参考文献：
参考文献：
通过采用整体吊装施工方法后，大大提高了管道安装质量，确保管道之间焊接对口平直度在1/100以内，全程≤10mm，焊接外观平滑，无焊瘤等不良现象，确保管道安装质量满足规范及技术规格书要求.采用整体吊装方法后，提高了工人的劳动效 率，大大缩短管道安装时间，同时施工安全性大大提高.类似京东方这种超短工期的厂房项目均可按此方法施工.
本工程为例，经过计算，与常规的管道安装方法进 按本施工方法施工达到降本增效的效果.以行对比核算，人工费、材料费、机械费均得到有效的控制，产生良好的经济效益.整体吊装施工方法，使得类似超大空间的建筑，甚至超高层建筑的管道施工拥有了施工依据，希望本施工方法能给社会同 行提供参考.
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尤其是数字显示的扭矩扳手，操作方便简单，可对 拉杆内力进行同步监测，可大大节省人力、物力.
2）通过试验验证了磁通量传感器测量拉杆内力的准确性，同时验证了扭矩扳手对拉杆张拉控制的可行性.
施工过程中的内力，方便快捷地确定需要补张拉的 3）通过施工仿真分析，可得到每根拉杆在各个杆件及需要补张拉的内力值，并可对拉杆内力进行记录.
对钢拉杆张拉控制及检测的方法可大大降低人力、 4）越南河内NoiBai国际机场项目中使用的、物力，有效地缩减施工工期，从而降低施工成本.
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