索穹顶结构施工技术研究.pdf

建筑结构学报Journal of Building Structures 第 33 卷 第 4 期 2012 年 4 月 Vol. 33No. 4Apr． 2012 009 文章编号 1000-6869 2012 04-0067-10 索穹顶结构施工技术研究 王泽强 1，程书华2，尤德清1，杨国莉3，陈新礼1，葛家琪4，徐瑞龙1 1． 北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京 100039; 2． 浙江精工钢结构有限公司，浙江绍兴 312030; 3． 内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗政府投资基本建设办公室，内蒙古鄂尔多斯 017200; 4． 中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120 摘要 以直径 71. 2 m 索穹顶工程为对象， 介绍索穹顶施工的关键技术， 即结构施工偏差及构件尺寸误差的控制、 结构的安装 成形方法、 预应力张拉次序与方法、 施工仿真分析与监测控制等。将内中脊索、 内中斜索及环向索都做成定长索， 外斜索和 外脊索做成可调索， 调整其长度补偿耳板的径向施工误差; 在总结类似工程施工经验的基础上， 提出地面拼装、 整体同步提 升外脊索和外斜索进行安装、 张拉外斜索使结构成形的施工方法， 减少高空作业量， 保证施工的安全; 根据索穹顶结构为柔 性结构且具有多个对称轴的特点制定了分级分批张拉的施工方案， 完成对索穹顶结构的张拉施工， 从监测数据看出， 施工 完毕以后的位形和设计位形基本一致。 关键词 索穹顶结构;整体同步提升;张拉成形;施工技术 中图分类号 TU393. 3TU394TU745. 2 文献标志码 A Research on construction techniques of cable dome roof WANG Zeqiang1，CHENG Shuhua2，YOU Deqing1，YANG Guoli3，CHEN Xinli1，GE Jiaqi4，XU Ruilong1 1． Beijing Building Construction Research Institute Co．，Ltd，Beijing 100039，China; 2． Jinggong Steel Building Group，Shaoxing 312030，China; 3． Government Investment Basic Construction Office of Ordos Ejin Horo Banner，Inner Mongolia Autonomous Region， Ordos 017200，China; 4． China Aviation Planning and Construction Development Co．，Ltd，Beijing 100120，China AbstractThis paper focuses on the solution to the technical problems confronted during the construction process of the cable dome with a diameter of 71．2 m，i． e． the controlling of structural construction error，component size error， installation and shaping s of structures，the order and of pretensioning and the construction simulation and monitoring． The internal and middle ridge cables，internal and middle slope cables are fixed length cables． The outer ridge cable and the outer slope cable are variable length cables to adjust the construction error． On the basis of a brief summary of the construction experience abroad，it proposes the of integral assembling on the ground and synchronous hoisting of outer ridge and slope cable，shaped by stretch the outer slope cable，which has reduced aerial work and guaranteed constriction security． Secondly，based on the theory that the cable dome is a flexible construction with several symmetry axis，the construction of verified batches and levels was finally proposed，based on which，tension construction of the project was completed． From the monitoring data，the configuration of the actual structure was generally identical with the configuration designed． Keywordscable dome;integral synchronous hoisting;tension- shaping;construction techniques 基金项目 住房和城乡建设部研究开发项目 2009- K2- 4 ， 中国航空规划建设发展有限公司资助项目 技 10 研- 19 。 作者简介 王泽强 1979 ， 男， 山东日照人， 工学硕士。E- mail wzeq7902 sina. com 收稿日期 2011 年 10 月 76 1工程概况 内蒙古伊旗全民健身体育中心索穹顶是我国大 陆第一个大跨度索穹顶结构工程， 屋盖建筑平面呈 圆形， 设计直径为 71. 2 m， 矢高约 5. 5 m。由外环梁、 内拉力环、 环索、 斜索、 脊索及 3 圈撑杆组成， 表面覆 膜。结构平面图、 剖面图及各位置拉索名称如图1 所 示， 表 1 为各位置拉索和撑杆规格列表， 拉索采用的 是碳钢高钒拉索， 抗拉强度为 1 670 MPa， 撑杆及内拉 力环材质均为 Q345B。 a结构平面图 b剖面图及各位置拉索名称 图 1索穹顶结构模型图 Fig． 1Cable dome roof structure model 表 1构件列表 Table 1Component list 构件构件规格 数量/ 根 单根长度/ mm 材料类型 内脊索382010 425 中脊索482010 736 外脊索562010 835 内斜索322011 735 中斜索382011 300 外斜索652012 030 内环索 内402 39 780 内环索 中402 40 260 内环索 外402 40 730 外环索 内652 74 990 外环索 中652 75 820 外环索 外652 76 640 碳钢高 钒钢索， 抗拉强度 1 670 MPa 内撑杆194 8205 334 中撑杆194 8205 800 外撑杆219 12206 800 内拉环□300 300 20 Q345B 2索穹顶结构施工关键技术 目前在世界上已经有多座建筑采用了索穹顶结 构， 国内除台湾地区外直到内蒙古伊旗全民健身体 育中心索穹顶建成之前， 一直没有真正意义上的索 穹顶问世， 主要原因之一是没有掌握索穹顶结构的 关键施工技术。尽管国内很早就有学者在关注索穹 顶结构并展开研究， 但主要集中在索穹顶结构体系 的判定、 结构静动力特性分析和模型试验研究等方 面 ［1 ］， 对施工技术的研究较少。索穹顶结构施工关 键技术主要包括以下四个方面 结构施工偏差及构 件尺寸精度控制、 结构安装成形方法、 预应力张拉次 序与方法、 施工过程仿真分析与监测控制。 1 结构施工偏差及构件尺寸精度的控制 根据索穹顶张拉成形与承载全过程仿真分析可 知 ［2 ］， 对索穹顶结构的某一特定位形， 无论其预应力 索型号如何， 且无论预应力张拉的次序如何， 结构各 杆件的内力关系均是唯一确定的。但结构施工偏差 及构件尺寸的精度会改变结构的位形从而改变结构 的内力。因此索穹顶结构施工首先要将结构的施工 偏差和构件的加工误差控制在一个可接受的范围 内， 使之对结构响应的影响最小， 还要制定可行的技 术措施对施工偏差和构件尺寸误差带来的影响进行 补偿。 2 结构安装成形方法 根据相关资料 ［3 ］， 已建成的索穹顶结构在施工 时一般采用高空散拼的施工方法， 普遍做法是在场 地中心搭设临时塔架， 将中心内拉力环置于临时塔 架上， 然后安装脊索体系， 接着高空安装其他构件， 再通过依次张拉斜索的施工方法使结构成形。这种 施工方法的缺点是需要大量的高空作业， 带来很多 安全隐患。在总结索穹顶工程成功施工经验的基础 上， 并借鉴索穹顶模型结构成形的施工方法， 提出了 地面整体拼装、 整体同步提升和张拉外斜索的施工 方法， 避免了高空作业， 同时减小了提升力， 在整个 提升过程中， 构件位形及受力明确并能准确受控。 3 预应力张拉次序与方法 索穹顶结构属于柔性结构， 在张拉过程中， 拉索 之间的相互影响较大， 因此张拉位置、 张拉顺序以及 分级均会对结构最终状态起到至关重要的作用。 4 施工过程仿真分析与监测控制 索穹顶结构的施工方法与常规预应力钢结构施 工包括与其结构形式相似的弦支穹顶结构施工不 同， 其结构成形过程更加复杂， 索穹顶的张拉成形过 程是由机构到结构的转变过程。因此必须对索穹顶 结构施工成形全过程进行仿真分析， 得到每一个关 86 键施工步对应的拉索内力、 节点变形、 撑杆位移等关 键技术参数的理论值。根据结构安全、 施工可行原 则制定施工验收标准， 并对实际施工过程中上述关 键技术参数进行实测， 确定施工过程安全性、 可实施 性、 结构预应力施加的有效性。 3结构施工偏差及构件尺寸误差 控制 施工偏差主要指结构外环梁及拉索耳板的施工 偏差和内拉力环拼装并焊接完成后的尺寸偏差， 它 将造成结构耳板销孔中心与拉索销轴孔中心三维坐 标误差; 构件尺寸误差主要包括拉索和撑杆的长度 误差。 在分析施工偏差和构件尺寸误差对结构内力的 影响时， 采用 ANSYS 有限元软件对该实际工程建立 计算模型， 构件规格见表 1。索穹顶边界条件为铰 接， 拉索采用 LINK 10 单元， 拉索的弹性模量根据材 料的实际测试结果取值为 1. 6 105MPa， 线膨胀系 数取值为 1. 2 10 －5， 撑杆采用 LINK 8 单元， 中心拉 力环采用 BEAM 188 单元， 该计算模型基本接近实际 结构。 在进行模拟分析时， 结构预应力的施加通过给 索单元设置初始应变实现， 在模拟施工偏差对结构 内力的影响时， 通过对索穹顶边节点设置强制位移 来模拟， 在模拟构件的尺寸误差对结构内力的影响 时， 通过对有误差的拉索进行升温或者降温进行模 拟， 温度值通过设定的误差值和拉索的弹性模量计 算得到。 3. 1结构施工偏差对结构成形后内力的影响及处 理措施 预应力钢结构是通过张拉拉索产生预应力的， 张拉过程会改变拉索长度， 预应力的大小与拉索下 料预留的伸长量直接相关。对于定长索来说， 如果 与四周结构相连的拉索耳板安装位置存在偏差， 结 构预应力的大小与设计预应力值将不相符， 因此需 要采取适当的措施减小或者消除这种偏差对结构的 影响。与四周结构相连的拉索耳板径向施工偏差对 索穹顶结构初始预应力分布影响最大， 而与径向施 工偏差等值的环向施工偏差对结构初始预应力影响 很小且可以忽略; 与四周结构相连的拉索耳板竖向 施工偏差对结构初始预应力分布有一定的影响， 但 相对径向施工偏差来说不显著 ［4 ］。因此， 重点分析 拉索耳板径向施工偏差对结构预应力的影响。下面 通过单个、 全部及隔轴拉索耳板施工偏差对结构预 应力的影响进行研究， 结合实际工程监测结果， 采取 合理方法进行调整， 最终得到拉索耳板施工偏差的 处理措施。 3. 1. 1单个耳板施工偏差对结构成形后内力的影响 分析模型以初始态 结构张拉成形以后的状态 的模型为基础， 假定所有拉索不存在加工误差， 20 个 耳板中仅有 1 号轴线的耳板存在径向施工偏差。分 析耳板沿着结构径向分别存在 － 50 mm、－ 40 mm、 －30 mm、－ 20 mm、－ 10 mm、 10 mm、 20 mm、 30 mm、 40 mm、 50 mm施工偏差对结构内力的影响。图 2 为 1 号轴线各位置拉索内力变化， 从图 2 可以看出， 单个 耳板施工偏差会对脊索内力带来较大影响， 对其他 位置拉索内力影响相对较小。 图 2单个耳板存在施工误差对拉索内力影响 Fig． 2Influence of construction error of single ear plate on cable internal force 图 3全部耳板存在施工误差对结构内力影响 Fig． 3Influence of construction error of all ear plate on cable internal force 3. 1. 2全部耳板存在施工偏差对结构成形后内力的 影响 在实际工程中， 耳板施工偏差是随机存在的， 为 进一步研究耳板施工偏差对结构成形后内力影响的 规律， 假定全部耳板存在沿径向等值的施工偏差， 模 拟耳板径向施工偏差分别为 － 45 mm、－ 40 mm、 －30 mm、－ 20 mm、－ 10 mm、 10 mm、 20 mm、 30 mm、 40 mm、 50 mm 的 1 号轴线各位置拉索内力变化的计 算结果如图 3 所示。从图 3 可以看出， 耳板施工偏差 同时偏大或者同时偏小时， 对拉索内力非常不利。 对于本工程索穹顶结构， 10 mm 的耳板施工偏差 相 当于索穹顶跨度的 1/7 000 将造成拉索内力改变 20。如果把成形后的结构内力偏差控制在 10 96 以内， 需要把耳板施工偏差控制在5 mm以内， 即相当 于要求施工精度控制在结构跨度的 1/14 000。对于 钢结构施工来说， 这个要求相对较高， 因此需要采取 措施补偿耳板施工偏差造成的内力偏差。 3. 1. 3耳板隔轴存在施工偏差对结构成形后内力的 影响 按照对20 个耳板隔轴设置施工偏差进行模拟分 析， 将奇数轴的耳板模拟沿着径向有 30 mm 施工偏 差， 偶数轴的耳板模拟沿着径向有 － 30 mm 施工偏 差， 脊索和斜索的内力变化如图4 所示。在这种施工 偏差情况下， 脊索内力的离散性较大， 内斜索次之， 中斜索、 外斜索和环索的离散性较小。耳板存在隔 轴径向等值施工偏差， 对脊索、 内斜索的内力影响比 较大， 由于误差均值为零， 对环索内力基本没有影 响。因为中斜索和外斜索与环索内力相关， 所以中 斜索、 外斜索内力变化不明显。 a脊索内力变化 b斜索内力变化 图 4耳板隔轴存在施工偏差时对拉索内力影响 Fig． 4Influence of interval occurrence construction error of ear plate on cable internal force 3. 1. 4技术补偿措施 索穹顶成形后的结构内力对施工偏差非常敏 感。10 mm 的施工偏差能造成结构某些位置的拉索 内力改变 20 以上， 考虑施工偏差不可避免， 因此需 要采取技术措施以减少和消除由此带来的索力偏差。 具体的措施即在拉索下料时， 除了将内脊索、 内 斜索、 中脊索、 中斜索及环向索做成定长索， 其他位 置的拉索均做成长度可调索。利用外脊索和外斜索 的长度可调功能来补偿耳板的径向施工偏差， 原理 如图 5 所示。 为了使结构成形以后的预应力与设计相符， 必 须使图 5 所示 1 号、 2 号节点和设计位置一致， 因为 3 号节点存在施工偏差， 因此 1- 2 和 1- 3 的距离发生改 变， 造成外脊索和外斜索无法达到设计要求的伸长 量。因此如果 3 号节点存在 Δl 的施工误差， 只需要 将外脊索和外斜索的长度调整 Δl l2－ l1， 此调节 量 Δl 略小于 Δl，即可保证外脊索和外斜索的伸长 量和设计基本一致， 这样处理以后的结构内力和设 计值也能基本相符。 图 5施工偏差补偿原理 Fig． 5Construction deviation compensation principle 通过调整外脊索和外斜索长度， 可以基本消除 由耳板施工偏差带来的影响。在施工过程中， 为消除 耳板施工偏差带来的不利影响， 采取如下措施 首 先， 周围钢结构以及与其相连的耳板安装误差需满 足规范及设计要求; 其次， 对与周围钢结构相连的拉 索耳板， 进行精确测量， 通过调整拉索调节套筒位 置， 确定外脊索和外斜索最终安装长度。在索穹顶 安装前， 使用全站仪对 20 个拉索耳板孔中心进行多 次测量， 测量过程中考虑了温度和偶然测量误差影 响并取均值， 精确测定拉索耳板的径向施工偏差， 控 制测量误差在 3 mm 以内。根据测量结果确定外脊 索和外斜索的调节量， 从而有效地消除拉索耳板施 工偏差带来的影响。 3. 2构件尺寸加工误差对结构内力的影响及处理 措施 3. 2. 1构件尺寸加工误差对结构内力的影响 构件尺寸加工误差主要指撑杆和拉索加工误 差。撑杆作为刚性构件， 加工长度的精度控制相对 来说较为容易， 在加工车间可以做到精确下料， 精确 测量并及时纠正， 拉索作为柔性构件， 加工长度的误 差控制相对较难， 因此， 本文重点分析拉索的下料误 差对结构内力的影响。本工程中定长索的长度在 11. 1 ～12. 2 m 之间。在进行加工误差分析时， 分析了 加工误差为 l/400、l /600、 l /800、l /1 000、l/1 200、 l/1 400 、 l/1 600、 l /1 800、 l /2 000、 l /2 200 l 为各 位置拉索长度 时对结构内力的影响。 图 6、 7 表示所有定长索均存在相同的加工误差 时对拉索内力的影响， 其中正值表示各位置拉索的 实际长度比设计长度要长， 负值表示拉索的实际长 度较设计长度短。图 8、 9 表示各轴线上的误差绝对 值相同但符号相反时对拉索内力的影响。 07 图 6误差为正时对拉索内力影响 Fig． 6Influence of positive error on cable internal force 图 7误差为负时对拉索内力影响 Fig． 7Influence of negative error on cable internal force 图 8脊索误差为正值斜索误差为负值时拉索内力变化 Fig． 8Influence of positive ridge error and negative slope error on cable internal force 由图 6 ～9 可以看出， 定长索下料误差对拉索内 力的影响较为显著。当误差小于 l /1 200 时， 拉索内 力的变化趋缓; 当误差大于 l /1 200 时， 拉索内力的 变化相对比较明显。因此， 根据目前国内拉索生产 厂家的工艺水平， 当拉索长度小于 50 m 时， 可以将 l /1200 作为拉索下料精度控制要求。对于本工程索 穹顶结构， 定长索的尺寸在 11. 1 ～ 12. 2 m 之间， l/1 200 的控制精度满足设计对拉索下料误差控制在 10 mm的要求。 图 9脊索误差为负值斜索误差为正值时拉索内力变化 Fig． 9Influence of negative ridge error and positive slope error on cable internal force 3. 2. 2定长索下料长度的保证措施 由于拉索的长度误差要求为 10 mm， 因此， 拉 索下料全部采用应力下料， 即以结构成形以后的内 力和长度为依据， 将拉索张拉到一定的内力值对拉 索进行标记下料。在无应力情况下， 索长应为结构 设计计算模型初始形态下的长度， 而有预应力的索 长为结构成形态下索长度减去该索在设计预应力下 的拉伸长度， 所以拉索的无应力长度将小于结构成 形态下对应的索长度， 应力下料及标记方法如图 10 所示。 通过在拉索生产环节的精确控制， 内蒙古伊旗 全民健身体育中心索穹顶中所有定长索的长度误差 均在 10 mm 以内 见表 2 。为了保证拉索安装完 毕以后撑杆的竖向投影都落在于圆形弧线上， 且为 了减小由于拉索下料误差的随机分布带来的结构成 形以后的内力偏差， 施工现场根据拉索的长度误差 确定了拉索的放置位置， 如对于 1 号轴线的内脊索 和中脊索， 二者均为定长索， 在确定 20 个内脊索和 20 个中脊索的放置位置时， 将误差正值最大的内脊 索放在 1 号轴线， 将误差负值最大的中脊索也放在 1 号轴线， 在经过合理布置拉索放置位置以后， 中撑杆 和外撑杆的竖向投影基本在一个圆形弧线上， 减小 了结构成形后的撑杆垂直度偏差， 同时也减小了拉 索下料误差对结构内力的影响。按照前述的误差调 整方法， 根据各个拉索的长度误差来确定拉索的放 置位置如表 2 所示。 根据表 2 拉索布置方式， 将各位置拉索的下料 误差引入结构计算模型， 得到该状态下各位置拉索 的索力偏差如图 11 所示。 从分析结果可以看出， 考虑了拉索下料误差以 后， 除了 4 个轴线的内脊索内力偏差在 10 左右， 其 它拉索的内力偏差均在 8以内。 17 a张拉控制台 b张拉装置 c标记方法 图 10拉索应力下料及标记 Fig． 10Blanking and marking of cable on stress stage 表 2定长索应力下料的加工精度和放置位置 Table 2Precision and location of fixed length cable 脊索 位置 出厂 编号 索体 型号 理论长度/ mm 实际长度/ mm 偏差/ mm 放置 轴线 斜索 位置 出厂 编号 索体 型号 理论长度/ mm 实际长度/ mm 偏差/ mm 放置 轴线 内脊索 13810 45310 45529 23810 45310 456314 33810 45310 450－35 43810 45310 463106 53810 45310 45744 63810 45310 4651011 73810 45310 458516 83810 45310 463101 93810 45310 455219 103810 45310 450－37 113810 45310 450－317 123810 45310 447－68 133810 45310 45523 143810 45310 453013 153810 45310 448－512 163810 45310 447－615 173810 45310 443－1010 183810 45310 443－1020 193810 45310 450－32 203810 45310 447－618 内斜索 13211 64611 65266 23211 64611 637－98 33211 64611 657101 43211 64611 637－910 53211 64611 642－42 63211 64611 652616 732116 4611 647114 83211 64611 637－918 93211 64611 64719 103211 64611 636－1020 113211 64611 64603 123211 64611 655911 133211 64611 647119 143211 64611 64824 153211 64611 640－612 163211 64611 647113 173211 64611 642－45 183211 64611 643－315 193211 64611 64607 203211 64611 646017 中脊索 14810 91110 902－91 24810 91110 902－911 3481091110 907－419 44810 91110 902－96 54810 91110 905－64 64810 91110 903－816 74810 91110 905－614 84810 91110 908－33 94810 91110 909－27 104810 91110 908－313 114810 91110 906－59 124810 91110 908－317 134810 91110 909－22 144810 91110 910－15 154810 91110 913215 164810 91110 91438 174810 91110 914318 184810 91110 9211010 194810 91110 917620 204810 91110 909－212 中斜索 13811 23911 2491010 23811 23911 244518 33811 23911 24568 43811 23911 246720 53811 23911 235－419 63811 23911 237－23 73811 23911 239013 83811 23911 24452 93811 23911 234－56 103811 23911 229－101 113811 23911 23905 123811 23911 234－511 133811 23911 234－516 143811 23911 239015 153811 23911 244512 163811 23911 236－39 173811 23911 234－54 183811 23911 23907 193811 23911 239017 203811 23911 234－514 27 a脊索内力变化 b斜索内力变化 图 11考虑拉索下料误差后的索力变化 Fig． 11Cable internal force change due to cable blanking error 4索穹顶整体同步提升安装技术 索穹顶结构的安装采用地面整体拼装， 20 个轴 线整体同步提升的方法分 9 个施工步骤进行安装。 4. 1安装内拉环， 地面搭设拼装平台并安装环索和 索夹 内拉力环质量约 12 t， 在预先确定好的场地中心 进行拼装焊接。在拼装时， 准确放置内拉力环的位 置， 并使内拉力环上的耳板和外环梁上的耳板相对 应， 图 12 为现场内拉力环拼装图。 地面操作平台分为内环索操作平台和外环索操 作平台， 为了使外环索在展开以后在同一水平高度， 因此在地面搭设一直径 48 m， 高度 7. 9 m 的操作平 台。内环索平台直径25 m， 离地高度0. 5 m 以便安装 节点板， 图 13 为现场环索组装图。 4. 2安装脊索体系 地面拼装脊索体系， 并通过脊索工装索将外脊 索和外环梁相连， 利用牵引设备对脊索工装索进行 牵引， 实测 20 个轴线的牵引力为 8 ～ 10 kN， 如图 14 所示。 4. 3拼装内斜索 内斜索拼装在脊索体系拼装完成后进行， 此时 只需放松脊索工装索， 使中撑杆上节点和内拉环下 节点的距离小于内斜索长度， 即可完成内斜索安装。 图 12内拉力环拼装 Fig． 12Installing inner ring 图 13地面组装环索 Fig． 13Assembling loop cable on ground 图 14连接脊索和内斜索 Fig． 14Connection of ridge cable and internal diagonal cable 4. 4安装中撑杆 提前将中撑杆在地面沿着 20 个轴线摆开， 其中 撑杆上端放在内环索内侧 0. 5 m 处， 撑杆下端朝外或 朝内放置。整体同步提升脊索工装索， 使中撑杆上 节点板离地约 1 m， 此时抬高撑杆上端完成撑杆上端 的安装。然后整体同步提升脊索工装索， 撑杆下端 逐步滑向内环索索夹， 当二者位置一致时， 即可完成 撑杆下端的安装， 图 15 ～16 为现场拼装撑杆的图片。 4. 5安装中斜索 中撑杆安装完毕以后， 外撑杆上节点板距离中 撑杆下节点距离超过了中斜索的长度， 因此需要放 松脊索工装索， 以减小二者之间的距离， 但是在放松 脊索工装索的过程中， 随着脊索体系拉力的减小， 中 撑杆将发生侧倾， 因此需要对中撑杆进行侧向支撑。 图 17 为中斜索安装完毕状态。 4. 6安装外撑杆 中斜索安装完毕以后， 整体同步提升脊索工装 37 图 15安装中撑杆上端 Fig． 15Installing of upper side of middle strut 图 16安装中撑杆下端 Fig． 16Installing of lower side of middle strut 图 17中斜索安装完毕 Fig． 17Completion of middle diagonal diagonal installation 索， 当外撑杆上节点板高出外环操作平台 1 m 时停止 提升， 借助外环操作平台安装外撑杆上端， 如图18 所 示。然后再整体同步提升脊索工装索， 直到外撑杆 下端高度低于外环索索夹约 10 cm， 此时外撑杆下端 在外环索夹内侧 0. 5 m 处， 将撑杆下端拉向索夹即可 完成外撑杆安装， 如图 19 所示。 4. 7安装外斜索 外斜索只需要一端和外环索索夹相连， 另一端 通过斜索工装索和外环梁相连即可完成外斜索的安 装。图 20 为外斜索通过工装索与外环梁连接图片。 4. 8安装外脊索销轴 在整个结构组装完毕以后， 剩下的工作就是将 外脊索和外斜索通过销轴连接至外环梁， 通过整体 同步提升装置， 整体同步提升20 个轴线的外脊索， 外 斜索同步跟进。当外脊索剩余长度为 0. 8 m 时， 将牵 引工装转换为张拉工装， 再整体同步张拉 20 个轴线 的张拉工装， 完成外脊索销轴的安装。 图 18安装外撑杆上端 Fig． 18Installing of upper side of outer strut 图 19安装外撑杆下端 Fig． 19Installing of lower side of outer strut 图 20连接外斜索与环梁 Fig． 20Connection of outer diagonal cable to auxiliary cable 4. 9安装外斜索销轴 为了便于结构安装， 在安装外斜索时， 将外斜索 的 16 cm 可调量全部调出以减小安装外斜索销轴时 的张拉力， 整体同步提升外斜索进行外斜索销轴的 安装。从施工完成的照片可以看出， 其他拉索绷直 而内脊索松弛。图21 ～22 为结构安装完毕后的图片。 到此结构组装完毕， 从施工过程描述中可以看 出， 整个安装过程中， 施工人员均在地面和周围环梁 处的操作平台上进行工作， 避免了高空作业， 保证了 施工人员的安全。 4. 10结构安装过程监测 为了验证结构安装过程的准确性， 掌握结构在 安装过程中的内力位移状态， 对结构在整个安装过 程进行了全过程跟踪监测， 表 3 ～ 5 分别列出了 6 个 关键施工状态的结构内力以及工装索长度监测结 果。从监测数据看， 整个过程中的监测数据与理论 值基本一致， 实测内力比理论计算值稍偏大， 这是由 47 图 21组装完毕仰视图 Fig． 21Bottom view after completion of assembling 图 22组装完毕俯视图 Fig． 22Top view after completion of assembling 于构件内力比较小， 通过油压设备测试出来的拉力 值在数值较小时偏差较大引起， 同时通过油压设备 测试索力还包括了千斤顶出缸的摩擦力， 导致实测 值大于理论值。 表 3内斜索和中斜索安装完毕时上工装索内力 和剩余提升长度 Table 3Internal force and length of auxiliary cable after inner and middle slope cables installed 结构状态 内圈三角形成形状态 中斜索安装完毕状态 理论值实测值理论值实测值 上工装索剩余长度/m7. 57. 510. 510. 5 上工装索拉力/kN1518 ～2021 25 ～30 表 4外撑杆安装完毕和上工装索剩余提升 长度为 0. 8 m 时构件的内力和工装索剩余提升长度 Table 4Internal force and length of auxiliary cable after outer strut installed and 0. 8 m remained for up auxiliary cable 结构状态 外撑杆安装完毕上工装索剩余 0. 8 m 理论值实测值理论值实测值 上工装索长度/m3. 693. 690. 8 0. 8 下工装索长度/m7. 447. 444. 25 4. 25 上工装索拉力/kN506579 80 ～95 中撑杆应力/MPa－1. 1－2. 1－1. 6 －3. 5 注 上工装索指的是与脊索相连的工装索， 下工装索指的是与斜索 相连的工装索， 下同。 表 5脊索安装完毕和下工装索剩余 0. 16 m 时 结构内力和工装索剩余提升长度 Table 5Internal force and length of auxiliary cable after ridge cable installed and 0. 16 m remained down auxiliary cable 结构状态 脊索安装完毕下工装索剩余 0. 16 m 理论值实测值理论值实测值 下工装索长度/m2. 22. 20. 16 0. 16 上工装索拉力/kN5565 ～85100 95 ～120 下工装索拉力/kN4125 ～45140 ～160150 ～180 中撑杆应力/MPa－1. 5－5. 3－4. 7 －7. 5 外撑杆应力/MPa－0. 15－2. 1－5. 6 －8. 9 5预应力张拉成形技术 结构安装完毕以后， 拉索的索力由结构自重产 生， 此时的结构严格意义上讲还处于机构的状态。 通过对外斜索的张拉即可完成对结构施加预应力， 使结构产生刚度。为了保证结构张拉完毕以后的状 态和设计一致， 采用分批分级张拉的方法。 与结构成形态相比， 外斜索的可调整长度为 16 cm， 分 3 级将外斜索张拉到位。第 1 级 将所有外 斜索的可调整长度张拉到剩余 8 cm; 第 2 级 将所有 外斜索的可调整长度张拉到剩余 4 cm; 第 3 级 张拉 到位。 每一级张拉时， 将人员分为10 组同时张拉， 分两 批张拉完 1 级。第 1 级张拉时， 第 1 批张拉奇数轴线 的外斜索， 第