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宝鸡市游泳跳水馆钢结构工程
预应力拉索张拉系统工程
计 算 方 案
1方案编制依据
本工程施工方案是根据建筑图纸编制而成。方案编制依据以下方面文件：
（1）预应力拉索相关招标文件、施工图；
（2）现行国家建筑施工及相关规范、标准；
（3）建筑施工技术、质量、安全规程和规定；
（4）本工程特点、施工现场环境和自然环境等
（5）《钢结构设计规范》GB50017-2003
（6）《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
（7）《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002
（8）《钢结构施工及验收规范》GB50205-2001
（9）《预应力钢绞线》GB/T5224-2003
（10）《预应力用液压千斤顶》JG/T5028
2 工程概况：
工程名称：宝鸡市游泳跳水馆钢结构工程预应力拉索张拉系统工程
工程地点：宝鸡市高新区文理学院
施工单位：宝鸡市第一建筑工程有限责任公司
宝鸡市游泳跳水馆屋面鱼腹式桁架部分的下弦采用光面高钒索(GALFAN拉索)，拉索的钢丝表面采用GALFAN镀层(锌-5%铝-混合稀土合金)，拉索索体公称抗拉强度为1670MPa,，钢索公称直径为84mm。高钒索总计12根，总长度为694.8m。索最大张拉力约为970KN。
3 施工模拟计算 3.1 施工步骤
有关空中原位张拉和索体初始力建立的相关问题的解释
根据本工程特点和现场情况分析，由于张弦梁和柱顶的连接采用刚性连接，在张弦梁索体张拉到位后，整体节点向内偏移，即柱梁在索体张拉到位后共同受索力影响，形成一个整体共同受力。 张弦梁加工时实际是按柱顶支座原跨度放样，在胎架拼装时，亦是按此跨度控制。同时，柱顶支座跨度也等同于张弦梁原跨度。 在胎架上挂索连接，为使张弦梁在吊装完毕后形成一个自受力体系，必须将索预紧到位。如改为地面张拉一次到位，将影响张弦梁的跨度，对安装带来不便，同时柱顶也不能产生预应力，与设计要求不符。 预紧时，由于张弦梁并未脱离胎架，所以索体属于0应力预紧，索体初始力的建立应产生在吊装完毕撤钩后，张弦梁形成体系后，索体自身产生的应力。因此，在胎架上进行索体预紧时，只须张紧拉索，并不需要张拉力控制。 钢拉索下料的长度数据，下料长度为L0±200mm。其中L0为张弦梁在初始状态下的索长，即在柱顶不受拉力情况下，张弦梁形成自受力体系时的索长，由于自重影响，还有10mm的回弹量。因此在地面胎架上张拉时，以索长控制为主，控制在每端旋进11cm。 初始力建立后，在空中原位进行二次张拉，此时的张力根据我们结果，采用千斤顶配合工装，采用张拉力与起拱标高双控，以起拱度控制为主。
结合设计文件以及现场施工条件，确定实际施工步骤如下：
1）STEP1：张弦梁在地面胎架上拼装
弦索安装张拉施工前，首先在地面胎架上按照图纸要求拼装待张拉的张弦梁钢拱结构，拼装完成后置于胎架上。
2）STEP2：安装支撑和弦索
张弦梁钢结构在胎架上拼装完成后，安装弦索以及支撑体系。
3）STEP3：弦索初张拉
张弦梁钢结构、弦索以及支撑体系在胎架上拼装安装完成后，进行弦索的预紧。依据施工模拟的计算结果，初张拉的索体内力实际上是下弦索在胎架上0应力状态预紧后，吊装在柱顶时张弦梁自身导致产生的索内力。施工模拟计算结果见后续。
4）STEP4：张弦梁吊装至柱顶
张弦梁钢结构、弦索以及支撑体系在胎架上拼装安装完成，弦索初张拉完成后。起吊该榀张弦梁，吊装至相应柱顶位置。吊装张弦梁时滑动支座端暂时不焊接，待张弦梁吊装到柱顶后焊接固定支座。
5）STEP5：吊装就位后二次张拉张弦梁
吊装就位后，为达到设计初张力则需在柱顶再次张拉，以柱顶为支点，将张弦梁张拉，使张弦梁支座与柱顶支座连接上。张拉过程依据施工模拟的计算结果控制弦索索力、两端水平位移以及钢拱跨中起拱度。施工模拟计算结果见后续。
6）STEP6：后续张弦梁安装张拉
按照前述步骤依次施工后续张弦梁。
1）设计院分析基于整体模型，按此设计方法计算，张弦梁与柱共同工作将导致柱顶向内侧移。
2）计算结果需给出地面初张拉过程的控制指标，即弦索索力、两端水平位移以及钢拱跨中起拱度。
3）计算结果需给出吊装过程钢结构构件的强度验算结果以及结构变形情况。
4）计算结果需给出高空二次张拉过程的控制指标，即弦索索力、两端水平位移以及钢拱跨中起拱度。
3.3 计算方法
采用专用钢结构设计计算软件3D3S，依据设计图纸以及相关设计资料进行建模并计算。计算步骤如下：
1）
模拟张拉成型状态，得到张拉施工完成后的弦索索力，索长，端点位移以及结构起拱变形量。
2）
依据成型状态计算得到的结构力学参数，模拟张弦梁搁在柱顶的状态。这控制张弦梁支座间的跨度与立柱间的跨度相等，张弦梁与立柱无内力安装连接。得到该状态的弦索索力、索长，端点位移以及结构起拱变形量。
3）
根据达到张弦梁搁置注定状态计算得到的弦索张拉力和索长，反算张弦梁在胎架上的受力及位置状态。得到该状态的弦索索力、索长，端点位移、结构起拱变形量以及胎架支点的支座反力。
4）
根据张弦梁搁置在胎架状态计算得到的弦索张拉力和索长，设置吊点，计算吊装过程的索力和结构挠度，同时对结构构件进行吊装过程的强度验算。
5）
返回张拉成型状态，计算二次张拉过程的的弦索索力、索长，端点位移以及结构起拱变形量。
3.4张拉成型状态
3.4.1 施工步定义
整体结构张拉成型状态。模拟弦索张力近似达到设计要求。如图3.1所示：
3.4.2索力计算结果
（1）总体弦索张力（如图3.2所示，单位：kN）
3.4.3 梁端水平位移
如图
3.4所示，单位mm。
3.4.4 张弦梁起拱挠度（图3.5，单位：mm）
3.4.5 结论及建议
1）设计院初始状态分析是基于整体模型，本次计算近似模拟了初始状态的分析过程。
2）初始张力的结果与设计院初始状态近似，初张力范围在425-972KN。
3）整体初始状态分析的结果显示，按此设计方法计算，张弦梁与柱共同工作将导致柱顶向内侧移。
4）根据此初始状态分析，得到分段索长见表3.1。建议现场索夹安装时索段划分位置按照表3.1执行。
3.5张弦梁搁在胎架的状态
3.5.1 施工步定义
胎架状态。根据达到张弦梁搁置在柱顶状态时所需的弦索张拉力和索长，反算张弦梁在胎架上的受力及位置状态。如图3.10所示。
3.5.2索力计算结果
（1）总体弦索初张力（图3.11，单位：kN）
（2）分段弦索端部初张力及长度，见表3.3所示
3.5.3 滑移端水平位移（图3.12，单位：mm）
3.5.4 张弦梁起拱挠度（图3.13，单位：mm）
3.5.5结论及建议
1）搁置在柱顶状态时的张弦梁在胎架上的状态应为本施工步，即跨中存在胎架支点防止张弦梁过大的挠度。
2）此状态下的钢索内力分布在8.8-25KN范围内；
3）为了保证施工状态1张弦梁与柱无内力安装连接，在胎架上控制张弦梁段滑移如图3.12所示，同时表3.3给出了索两端需调节的长度及控制的索力。
3.6张弦梁吊装过程的状态
3.6.1 施工步定义
根据张弦梁搁置在胎架状态计算得到的弦索张拉力和索长，设置吊点，计算吊装过程的索力和结构挠度，同时对结构构件进行吊装过程的强度验算。如图3.15所示。
3.6.2索力计算结果
总体弦索初张力见图3.16，单位：kN。
3.6.3 两端水平位移（图3.17，单位：mm）
3.6.4 两端竖向挠度（图3.18，单位：mm）
3.6.5 张弦梁强度验算（图3.19）
3.6.6 结论及建议
1）验算张弦梁起吊状态。此时弦索基本退出工作。
2）张弦梁起吊两端下挠，最大向里缩进6mm，位于GLS1/GLS2所在张弦梁；最大竖向下挠15mm，位于GLS1/GLS2所在张弦梁。
3）在此状态下构件强度均满足要求，较大值均位于起吊点附近，最大值位于GLS2弦索对应的张弦梁弦杆，最大应力比不超过0.355。
3.7张弦梁空中原位张拉状态
3.7.1 施工步定义
空中原位张拉，梁柱共同受力，模型如图3.20所示。
3.7.2索力计算结果
总体弦索初张力见图3.21，单位：kN。
3.7.3 两端水平位移（图3.22，单位：mm）
ZXL2的关键节点见上图，其余张弦梁的节点1、2、3、4的顺序同ZXL2,下面将各张弦梁关键节点的水平位移列于下表：
3.7.4 竖向位移（图3.23，单位：mm）
各张弦梁跨中的竖向位移是施工监测的重要内容，为方便施工的监测值与理论值进行比较，现将各张弦梁跨中节点的竖向位移列于下表。以从左到右的顺序，各跨中节点依次为节点1、2、3……11、12。
3.7.5 张弦梁强度验算（图3.24）
强度验算见下图，应力比不超过0.355，满足设计要求。
3.8 总体计算结论及施工指导建议
（1） 弦索分段建议按表3.1实施；
（2） 在胎架上预紧，弦索端部的长度建议按表3.2调节，控制两端索力见表3.2；
（3） 张弦梁起吊状态弦索退出工作，张弦梁构件强度满足要求；
（4） 张弦梁在高空张拉力应满足设计要求，符合设计计算的索力。
（5） 支撑系统在地面安装、预紧以及吊装过程中均不受力，施工安装时需注意。
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