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某體育場施工張拉方案及張拉模擬分析

文檔作者：朱博莉1，馬建勛1，郭彥林2，張強3 l 文檔來源： 1．西安交通大學人居環(huán)境與建筑工程學院 2．清華大學土木工程系 3．河北金環(huán)鋼結(jié)構(gòu)工程有限公		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月01日
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2014年7月下施工技術(shù)
第43卷第14期c0NsTRucTION TECHNOLOGY 83
D0l：10．7672／sgjs2014140083
某體育場施工張拉方案及張拉模擬分析
朱博莉1，馬建勛1，郭彥林2，張強3
；l=
(1．西安交通大學人居環(huán)境與建筑工程學院，陜西西安710049；2．清華大學土木工程系，北京100084；
3．河北金環(huán)鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司，河北石家莊050000)
[摘要]斜拉結(jié)構(gòu)是一種典型的剛?cè)峤M合結(jié)構(gòu)，廣泛應用于大跨度體育場館屋蓋結(jié)構(gòu)等公共建筑中。對于由剛性
屋蓋和柔性拉索以及桅桿等組成的斜拉結(jié)構(gòu)而言，預應力施工張拉通常采用逐步張拉成型的施工方法，張拉過程
中預應力的控制、結(jié)構(gòu)力與形的控制以及張拉方案的確定是施工張拉要解決的核心問題。分析制定張拉施工方案
所應遵循的原則，并以某體育場屋蓋結(jié)構(gòu)為例，對擬定的兩種張拉順序和兩種張拉階次進行張拉施工模擬分析，同
時依據(jù)數(shù)值分析結(jié)果評估各種張拉方案的優(yōu)缺點，為該體育場屋蓋鋼結(jié)構(gòu)張拉施工方案的最終確定提供依據(jù)。
[關(guān)鍵詞]體育場；斜拉結(jié)構(gòu)；找力分析；倒拆分析法；張拉；數(shù)值模擬
[中圖分類號]Tu3ll；Tu758 [文獻標識碼】A [文章編號]1002—8498(2叭4)14_0083_07
Construction Tensioning Scheme and Simulation
Analysis of Cable-stayed Steel Structure
Zhu BOIjl，Ma Jianxunl，Gu0 Yan¨n2，Zhang Qian93
(1．Sc^oof o，Hum口廳Se“如men如口，ld C如“E增i加eri，培，xi’口，l-，ino￡o，lg￡脅i穢e邢ity，xi’on，S^oo胍i 7 l 0049，C^inn；
2．Dep口nmen￡礦C婦以E增i聊eri，w，乃ing^u口U凡曲e船i秒，Be彬ng 100084，C^inn；
3．正k6ei．，i幾^un，l 5teeZ Co，utrI‘ct幻n E昭i，leer打Ig CD．，￡￡d．，|s，l班nz^u口ng，點k6ei 050000，C^i廳Ⅱ)
Abstract：As a structural combination of cables and steel roof，a cable—stayed structure is widely used to
the stadium roof in the large span stlllcture of the public buildings． For the cable—stayed stllJcture
consisted of rigid steel roof，nexible cables and masts，the cable tensioning has to be carried out during
the constnJction process step by step． In the cable tensioning process，the control of both the cable fbrces
and the sn-Ilctural displacements at key points should be satisfied according to tlle technical requirements
specified by architectural and stlllctural designers． Accordingly，this paper presents the basic principles
for determining the optimal tensioning scheme and simulation tensioning analysis of cable—stayed
stlllcture． As a typical example， the two tensioning sequences and two prestressed grading tensioning
schemes are carefhUy investigated respectiVely in a stadium． Comparisons between simulation tensioning
analytical results for these tensioning schemes are made and the best tensioning scheme was found for this
practical engineering construction．
Key words： stadiums； cable—stayed structure； force—finding； backward disassembly method；
tensioning；simulation
1斜拉結(jié)構(gòu)的分類
斜拉結(jié)構(gòu)一般由桅桿或者塔柱、拉索以及懸掛
體組成¨“，如圖1所示。懸掛體的形式多樣，在建
筑工程中常采用網(wǎng)架、網(wǎng)殼、桁架以及剛性梁等屋
蓋結(jié)構(gòu)。由于斜拉結(jié)構(gòu)中的拉索通過桅桿支承體
系為剛性屋蓋提供彈性支承，對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布進
·清華大學自主科研杰出專項資助(2012210134)
[作者簡介]朱博莉，博士研究生，E—ma訂：20097495@cqu．edu．c“
[收稿日期]2014_06-30
行了調(diào)整，減小了屋蓋等結(jié)構(gòu)的凈跨，因而屋蓋結(jié)
構(gòu)能夠做的更加經(jīng)濟高效。因此，斜拉結(jié)構(gòu)常用于
體育場館、飛機庫及會展中心的屋蓋等建筑中。
在斜拉結(jié)構(gòu)設計過程中，拉索的數(shù)量以及布置
方式、桅桿或塔柱的支撐形式應結(jié)合其功能要求以
及建筑造型重點考慮。一般來說，采用兩側(cè)對稱布
置拉索的方式居多，因為兩側(cè)布索能夠保證拉索與
水平面的夾角合理，從而給屋蓋提供足夠的豎向分
力，并且兩側(cè)布索，拉索的水平分力可以相互平衡。
當采用單側(cè)布索時，為維持塔柱的水平平衡，常常
萬方數(shù)據(jù)
A區(qū)黿
十f_+"”，+-t●●‘
a結(jié)構(gòu)布置
《蕤期，：奎冷冬，≯d裁瓢’‘、￥，■’，t·}一，，·。。： 一l’T。!÷!城
棚
圖1斜拉結(jié)構(gòu)示意
Fig·1 Cable-stayed stmcture
圈2單側(cè)布置拉索的斜拉結(jié)構(gòu)
Fig·2 cabIe’stayed structure wjth singJe sjde cabJes
z斜拉結(jié)構(gòu)受力及施工特點
斜拉結(jié)構(gòu)的整體剛度除來自剛性結(jié)構(gòu)本身的
型竺零獻外，還包括拉索預應力提供的幾何剛度。
碧定斜拉結(jié)構(gòu)的拉索預應力值以及施工張拉過磊
模擬分析，關(guān)鍵要把握好不同施工階段的結(jié)葛薔暑
李以及相應的幾何位形。分析圖3所示的斜拉結(jié)
曹，實線代表在結(jié)構(gòu)施工成型后的受力狀態(tài)與結(jié)構(gòu)
竺誓，這時屋面與結(jié)構(gòu)安裝以及拉索預應力張拉已
譬完成，其包括拉索預應力及所有屋面與結(jié)構(gòu)重力
孕量譬作用。由此可見，如果把屋面板荷載以及蒜
條等構(gòu)件卸掉，僅保留剛性粱或桁架結(jié)構(gòu)，其結(jié)蒿
會變形到虛線所示的位置，這時結(jié)構(gòu)僅對應于剛茌
等或桁架自重與拉索預應力聯(lián)合作用下的受力狀
態(tài)。如果在結(jié)構(gòu)成型狀態(tài)僅把拉索的預應力卸掉．
則結(jié)構(gòu)會變形到圖3所示的點線位置。
因此，結(jié)構(gòu)施工張拉完成后應滿足成型態(tài)，而
Z一／-·。》§一
Σ～“～ 。·-·---··k．．．．．．
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L一
圖3斜拉結(jié)構(gòu)應力狀態(tài)
Fig．3 stress state of
cable．stayed st加cture
．．。蕢體育場屋蓋如圖1所示，看臺主體為框架．剪
塑萼棼構(gòu)體系，屋蓋采用鋼管桁架以及桅桿與菊磊
煮竺璺，是典型的斜拉結(jié)構(gòu)。從圖1可見，小看；蓄
竺要蘭跨度較小，采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)。主看言；磊
結(jié)構(gòu)采用斜拉結(jié)構(gòu)，屋蓋平面投影尺寸約為240二：。
魯竺苧芝屋蓋劃分為I，Ⅱ和Ⅳ3個分段，通過設主
鎏度縫將它們分開；拉索外最大懸挑長度約3彳：：主
詈三耋零孽體育場I區(qū)屋蓋結(jié)構(gòu)的組成，其主要包
括素桿結(jié)構(gòu)(桅桿與拉索)、鋼管桁架、屋蓋下部磊
～一一一橢一鼬一幽漩躲恥
萬方數(shù)據(jù)
朱博莉等：某體育場施工張拉方案及張拉模擬分析
伸-諺3 Z營
22
／
I l 2外
笛／N +型
28／＼ 上吊索
3l～，一一)桅桿柱
+
a桅桿與拉索布置b徑向與環(huán)向鋼管桁架、型c外側(cè)v形撐桿布置
鋼柱和支撐胎架
圖4體育場I區(qū)屋蓋結(jié)構(gòu)模型
Fig．4 The structural model of area I roof
圖5安裝方案示意
Fig．5 Installation scheme
置臨時纜風支撐體系，確保其安裝過程的穩(wěn)定性。
3)吊裝徑向桁架與環(huán)向桁架，使其l臨時位于混
凝土支承柱與臨時支撐胎架之上。
4)安裝臨時桅桿柱及拉索，外側(cè)斜拉索與屋蓋
連接位置定為張拉端。
5)安裝屋蓋外側(cè)V形撐桿，其撐桿長度按照計
算確定。
6)對稱張拉外側(cè)拉索(編號為3和4)至設計要
求的預應力狀態(tài)。
7)拆掉所有支撐胎架，施工安裝結(jié)束。
該施工方案中，拉索分兩級張拉，第1級張拉到
設計值的50％；第2級張拉到設計值的100％，最后
適當進行超張拉。
3．3有限元結(jié)構(gòu)分析模型
采用ANSYS有限元軟件分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變
形，并進行張拉全過程分析。在結(jié)構(gòu)分析模型中，
采用Beaml88單元模擬桁架桿件與型鋼混凝土柱，
采用Link8單元模擬屋蓋外側(cè)支撐及桅桿柱，采用
Linkl0單元(只拉不壓)模擬斜拉索和抗風索，采用
Shelll81單元用于施加屋面荷載，包括檁條與屋面
板。拉索張拉通過給拉索降低溫度來實現(xiàn)。
4基于施工成型態(tài)的找力分析
若屋蓋結(jié)構(gòu)安裝完成后的位形變化對其正常
使用有較大影響，則需要嚴格要求與控制屋蓋安裝
后的位形。不妨先假定結(jié)構(gòu)設計師在設計圖紙上
確定的幾何位形正好是結(jié)構(gòu)安裝完成后的幾何位
形，則這一位形是結(jié)構(gòu)在恒荷載與預應力共同作用
下產(chǎn)生的幾何位形，即對應于結(jié)構(gòu)初始預應力態(tài)。
本節(jié)要解決的關(guān)鍵問題之一就是要確定結(jié)構(gòu)在胎
架上的安裝位形，就是要尋找屋蓋的初始預應力
態(tài)，使其結(jié)構(gòu)在拆除支撐落架及預應力拉索張拉完
成后正好達到初始預應力態(tài)。這就是本節(jié)要解決
的主要問題。
4．1施工成型態(tài)的計算策略
本工程的斜拉鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的目標位形定義施
工成型后的位形，即拆除支撐胎架后，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋
在恒荷載和拉索預應力的作用下所達到的位形，即
結(jié)構(gòu)的初始預應力態(tài)。初始預應力態(tài)對預應力斜
拉結(jié)構(gòu)而言至關(guān)重要，它既是建筑設計希望實現(xiàn)的
幾何形態(tài)，也是施工張拉后的目標位形態(tài)。
可以采用Midas／Gen和ANsYs等有限元軟件
確定斜拉結(jié)構(gòu)的初始預應力態(tài)，均可以采用同步迭
代法進行計算。同步迭代法雖然可用于通用有限
元軟件對斜拉結(jié)構(gòu)進行找力分析，但是由于拉索之
間的相互影響較大，故該算法收斂慢。作者提出逐
步去約束法‘31能很快確定斜拉結(jié)構(gòu)拉索的預應力
值，主要將整體屋蓋結(jié)構(gòu)通過人為地施加和去掉關(guān)
鍵點的位移約束，將一個大結(jié)構(gòu)劃分成若干個小結(jié)
構(gòu)及單變量的計算，將眾多拉索之間的影響降到最
小，能較快地完成斜拉結(jié)構(gòu)的找力分析。
4．2采用逐步去約束法迭代分析
采用逐步去約束法計算拉索預應力值以及拉
索等構(gòu)件的下料長度，用于指導斜拉屋蓋結(jié)構(gòu)的張
拉施工以及拉索構(gòu)件的加工下料。
逐步去約束迭代法的基本思想是以結(jié)構(gòu)關(guān)鍵
點的位移為控制對象，依次釋放人為施加的約束位
移，將整體結(jié)構(gòu)依次分為若干個基本單元逐步進行
找力分析。即在每個基本單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點
在預應力和外荷載共同作用下達到目標位形。
采用逐步去約束法對該斜拉結(jié)構(gòu)屋蓋進行分
萬方數(shù)據(jù)
86 施工技術(shù)第43卷
析，首要就是將內(nèi)側(cè)上斜索S1與桁架連接的節(jié)點豎
向位移u：、桅桿柱柱頂水平位移u。和U，以及屋蓋
外側(cè)邊桁架與斜撐連接的豎向位移u：進行約束，分
別稱為約束1，2，3，再依次釋放約束1，2，3，依次分
別對結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力與變形計算。此處，將編號為1
和2的拉索稱為內(nèi)側(cè)拉索S1，編號為3和4的拉索
稱為外側(cè)拉索S2。
第1步：去掉內(nèi)側(cè)上斜索S1與桁架節(jié)點豎向約
束1并激活屋蓋恒荷載。計算內(nèi)側(cè)拉索Sl的總的
伸長量△￡i，包括拉索受拉引起的伸長量△“和降
溫后拉力變化引起的伸長量△￡m再通過拉索sl的
實際伸長量反算負溫增量△瓦i；然后將溫度增量累
加，則獲得內(nèi)側(cè)拉索需施加的負溫值丁¨。
將計算獲得的負溫Li施加于相應拉索，進行結(jié)
構(gòu)計算與分析，直到控制點(編號為l和2的拉索端
頭)z向位移l U：I≤5mm時停止迭代，提取拉索S1
的索長、索力以及所施加的負溫t。
第2步：去掉桅桿柱柱頂水平約束2，激活恒荷
載和拉索Sl的溫度荷載?。Ｍㄟ^控制桅桿柱柱頂
的水平位移u。和u，，采取與拉索Sl相同的計算方
法，提取外側(cè)拉索S2的索長、索力及所施加的負
溫咒。
第3步：去除約束3，激活恒荷載和拉索S1，S2
的溫度荷載L，疋?？刂芕形撐上端節(jié)點的z向位
移u：，采用與拉索前述相同的方法，提取V形撐的
長度、拉力及所施加的負溫L。
作為驗證(見圖6)，提取最后屋蓋結(jié)構(gòu)在恒荷
載與L，疋和巧作用下的位移與內(nèi)力變化，其結(jié)構(gòu)
控制點的位移在15mm以內(nèi)，基本符合結(jié)構(gòu)成型后
的幾何位形。
4．3拉索預應力值及張拉力值的確定
上述采用逐步去約束法計算結(jié)構(gòu)在恒荷載與
預應力共同作用下的內(nèi)力值，其拉索張拉值并非代
表其預應力值。確定拉索預應力值是施工張拉的
重要內(nèi)容，其僅為結(jié)構(gòu)在純預應力作用下拉索的拉
力值。
確定斜拉結(jié)構(gòu)屋蓋拉索的預應力值，首先在無
胎架支撐的屋蓋結(jié)構(gòu)上施加所有恒荷載，計算結(jié)構(gòu)
的內(nèi)力和變形，提取索力r她。；其次按照逐步去約束
法計算結(jié)構(gòu)的施工成型態(tài)，提取索力r。¨即為拉索
張力值；最后，拉索的預應力值r。即為兩值之差，
可按照公式(1)計算：
71。，。=r。。l一丁d。。a (1)
表1依據(jù)計算結(jié)果分別給出了拉索在恒荷載、
恒荷載與預應力值組合獲得的拉索張力值，也給出
了拉索的預應力值。
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E
蹬
d
k或聰粥卜一、乏孺霍蓼黼
O 5 JO 1516 20 25 30 35
拉索編號
a主桁架控制點
軸線號
b桅桿柱頂控制點
圖6計算結(jié)果
Fig．6 Calculation results
表1屋蓋I區(qū)拉索拉力
Table l Tensioning fbrces of cables in area I r00f kN
軸線拉索拉索拉力值軸線拉索拉索拉力值
號號kd 7'。J 7．。。號號kd 71。。I r。。
⑩ l 467 l 030 563 ② 1 433 1 280 847
2 463 853 372 2 367 l 220 853
3 573 1 070 497 3 560 l 570 l 010
4 567 1 230 663 4 609 l 590 981
⑩ 1 343 903 560 ② I 495 l 060 565
2 423 909 486 2 419 92l 502
3 505 I 120 615 3 442 l 190 748
4 493 l 130 69l 4 546 1 280 734
⑩ 1 37l l 040 669 ④ 1 462 】080 618
2 540 1 240 700 2 333 l 050 717
3 635 l 500 865 3 535 l 330 795
4 499 l 350 851 4 595 l 320 725
⑩ l 375 l 090 715 ⑨ l 49 801 302
2 436 1 110 674 2 429 747 318
3 53l 1 380 849 3 454 93l 477
4 487 l 390 903 4 520 976 456
4．4拉索下料長度的確定
確定拉索構(gòu)件的無應力下料長度是斜拉結(jié)構(gòu)
屋蓋張拉施工的重要步驟，用于指導拉索構(gòu)件的加
工下料。首先，設定拉索的加工下料長度為厶，根
據(jù)拉索的總拉力值可得拉索的伸長量△￡，采用公式
(2)計算：
71
△L 2孝厶(2)
結(jié)構(gòu)施工張拉完成后，其達到目標位形，此時
拉索的索長為拉索的成型索長￡，，其與下料索長厶
萬方數(shù)據(jù)
朱博莉等：某體育場施工張拉方案及張拉模擬分析87
的關(guān)系見公式(3)：
Lo+△￡=L， (3)
根據(jù)公式(2)和公式(3)可計算拉索的下料索
長，見公式(4)：
¨未乞￡。㈩
根據(jù)公式(4)可以計算拉索的下料長度，如表2
所示。
表2屋蓋I區(qū)拉索下料長度
Table 2 Cutting length of cabIes of area I roof mm
5體育場屋蓋張拉施工模擬分析
5．1張拉方案制定原則
預應力拉索張拉過程中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件完全保持在
彈性范圍，而且所有構(gòu)件的應力幅值比較均勻、不
出現(xiàn)過大的峰值應力。為此，需要確定預應力拉索
的張拉順序以及張拉分級。
如果鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在設計目標狀態(tài)下卸掉所有
屋面質(zhì)量，屋蓋桁架僅在自身質(zhì)量與預應力作用下
能保持所有構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)且應力幅值不過高，
可以采用一次張拉到位的施工方法。否則，則要采
用分級張拉的施工方法。
斜拉結(jié)構(gòu)施工過程張拉模擬的計算方法主要
有正裝迭代法和倒拆迭代法等，其中正裝法是指從
零應力狀態(tài)出發(fā)，按照施工步驟順序模擬拉索被張
緊的計算過程。倒拆法是從初始應力態(tài)出發(fā)，按照
施工步驟的逆順序逐步放松拉索，進而得到施工過
程中拉索內(nèi)力變化的過程。本文將倒拆迭代法與
ANSYS生死單元技術(shù)進行結(jié)合模擬施工全過程，從
而確定斜拉結(jié)構(gòu)屋蓋的施工方案。
5．2施工張拉模擬及結(jié)果分析
拉索的張拉控制應力的計算通過倒拆迭代法
實現(xiàn)：首先依照結(jié)構(gòu)的施工順序、采用逐步去約束
法張拉迭代到結(jié)構(gòu)的初始應力狀態(tài)，再按照拉索張
拉的逆向順序依次“殺死”索單元，模擬屋蓋結(jié)構(gòu)施
工的每一狀態(tài)(包括索力、結(jié)構(gòu)應力以及結(jié)構(gòu)變形
等)，從而確定拉索的張拉控制索力。
5．2．1 方案1：從中間到兩側(cè)擴張張拉
根據(jù)“對稱、均勻”的張拉原則H1，首先擬定了
從中間到兩側(cè)擴張的張拉方案，如圖7所示。由于
該屋蓋結(jié)構(gòu)主桁架的跨度為中間向兩側(cè)逐漸變小，
因此采用從中間到兩側(cè)擴張張拉方案對結(jié)構(gòu)進行
張拉，初始拉索的張力值與成型時拉索的張力值的
比值會較大，隨著張拉的進行，該比值逐漸減小。
⑧ ⑩
⑩
圖7張拉順序示意
Fig．7 Tensioning sequence
方案1是按照中間到兩側(cè)的順序、通過同時張
拉每根桅桿柱外側(cè)兩根拉索S2(編號為3和4)來
進行屋蓋結(jié)構(gòu)的張拉施工模擬，其施工步驟為：①
搭建用于安裝l臨時徑向桁架的支撐胎架，并設置臨
時纜風支撐體系；②分段吊裝屋蓋鋼結(jié)構(gòu)部分，包
括各榀桁架之間的橫向聯(lián)系以及邊桁架；③安裝屋
蓋外側(cè)的V形撐桿以及桅桿柱，并懸掛內(nèi)側(cè)斜拉索
s1和外側(cè)斜拉索S2，準備在S2與外側(cè)桁架連接處
進行張拉；④拆除所有施工臨時支撐，即施工完成。
單步張拉施工方便，施工效率高，拉索一次性
張拉到位；缺點是張拉過程中拉索索力過大，與拉
索相連的桁架桿件有可能屈服。計算結(jié)果表明，張
拉過程中拉索最大拉力值為1 590kN，桁架桿件的
最大應力為126N／mm2，因此該屋蓋結(jié)構(gòu)采用從中
間到兩側(cè)單步張拉方案時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件均處于彈性受
力階段。
單步張拉模擬計算結(jié)果如圖8所示。其中，橫
坐標張拉步說明：0一l是搭建胎架，安裝屋蓋桁架；
1—9是按軸線順序(②軸_⑩軸-÷⑤軸_⑩軸一③
軸_+⑩軸_+⑨軸_+⑩軸)從中間到2邊依次張拉編
號為3和4的兩根拉索，拉索一次張拉到其設計張
力值；9一10是拆除所有臨時支撐，完成結(jié)構(gòu)的預應
力張拉施工?？v坐標為每個張拉步拉索的張力值
與成型時拉索張力值的比值。
由圖8可知，由于桅桿柱底端鉸接于型鋼柱頂，
故桅桿柱與其相連的4根拉索在空間上形成一個獨
立的平衡受力體系，因此內(nèi)側(cè)拉索和外側(cè)拉索的索
力變化趨勢相同。采用單步張拉時，每根拉索張拉
時所需的拉力約為成型索力值的1．15倍；而且，只
有張拉與其相鄰桅桿柱上的兩根拉索后，中間桅桿
的拉索張力值才會達到設計索力值。
分級張拉一般情況下可以防止施工過程中結(jié)
萬方數(shù)據(jù)
施T技術(shù)第43卷
三j
萋：
憾：
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褫
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趔o 6
墓㈦
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0 0
圖8方案l單步張拉計算結(jié)果
Fig．8 CalcuIation results for single
step tensioning of scheme 1
構(gòu)局部應力過大的情況，同時也利于張拉過程中索
力的調(diào)整；其主要缺點就是張拉施工過程復雜，效
率低。張拉模擬分析結(jié)果表明，拉索最大拉力為
1 340kN，桁架桿件的最大應力為110N／mm2，因此
該屋蓋結(jié)構(gòu)采用從中間到兩側(cè)分級張拉方案施工
時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件也均處于彈性受力階段。
采用分兩級的張拉方案，每一級均采用從中間
到外側(cè)的張拉順序，且每個張拉步需要同步控制兩
個千斤頂。張拉過程中，張拉模擬結(jié)果曲線如圖9
所示。其中，橫坐標張拉步說明：0～1是搭建胎架，
安裝屋蓋桁架；1—9是第1次按軸線順序(②軸一
⑩軸一⑤軸一⑩軸一③軸一⑩軸一⑨軸一⑩軸)從
中間到兩邊依次張拉編號為3和4的2根拉索，此
時拉索張力值為其設計值的50％；9～10是施加屋
面恒荷載；10～18是第2次按照第1次的軸線順序
依次張拉編號為3和4的2根拉索，拉索張力值為
其設計值的100％；18～19是拆除所有臨時支撐，完
成結(jié)構(gòu)的預應力張拉施工?？v坐標同單步張拉
萎j
蛩：
蓑：
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施工步
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掣
蚓O 6
魏O
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2 4 6 8 1012 14 1618 20
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◎軸
2 4 6 8 lO 12 14 161820
施工步
@軸
掣
趔O 6
魏O
0
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辯
褫
2 4 6 8 10 12 14 1618 20
施工步
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．16l；0 O
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三o 8
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丑0 4
扣：
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2 4 6 8 1012 14 16 18 20
施工步
⑩軸
2 4 6 8 1012 14 1618 20
施工步
⑩軸
施工步施工步
①軸⑩軸
圖9方案1分級張拉計算結(jié)果
Fig．9 Calculation results for graded
tensioning of scheme l
方案。
由圖9所示，采用分級張拉時，每根拉索進行第
2級張拉時所需的拉力約為成型索力值的1．10倍；
而且，拉索拉力的變化趨勢與單步張拉相似，不再
贅述。
對方案l的單步張拉和分級張拉2種張拉階次
進行比較，可得到以下結(jié)論。
1)由圖8和圖9可知，拆除臨時支撐時，拉索以
及桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件應力沒有變化，這是由于在單步張
拉第10步、分級張拉第18步完成后，所有支撐都和
結(jié)構(gòu)脫離，不再受力。由圖9可知，在分級張拉的第
10步施加屋面恒荷載后，拉索拉力沒有增加，是因
為此時所有支撐都未與結(jié)構(gòu)脫離，該荷載全部由支
撐胎架承擔。
2)通過分析張拉過程中拉索張力值和桁架桿
件最大應力值可知，采用單步張拉和分級張拉方
案，結(jié)構(gòu)均處于彈性狀態(tài)。相比較而言，單步張拉
方案的施工過程簡單，結(jié)構(gòu)應力路徑明確。
3)通過比較而言，按照2種張拉階次施工，結(jié)
構(gòu)施工過程中，桁架桿件最大應力相差較小，因此
萬方數(shù)據(jù)
朱博莉等：某體育場施工張拉方案及張拉模擬分析89
采用單步張拉方案進行該工程拉索的張拉施工完
全滿足要求。
5．2．2方案2：兩側(cè)到中間收縮張拉
從兩側(cè)到中間收縮張拉方案(見圖10)同樣遵
循“對稱、均勻”的張拉原則。由于該屋蓋結(jié)構(gòu)主桁
架跨度為從兩側(cè)向中間逐漸增大的分布趨勢，因此
采用從兩側(cè)到中間收縮的張拉方案時，由于單榀桁
架的自重越來越大，以致拉索的張力值也會隨之
增大。
與方案1相比較而言，方案2也是同時張拉每
根桅桿柱外側(cè)兩根拉索S2(編號為3和4)，只是張
拉順序采用的是從兩側(cè)到中間的張拉順序，其施工
過程與方案1類似，如圖10所示。
⑤ ⑩ ⑨一圖10方粟2張拉順序示薏
Fig．10 TensioniⅡg sequence Of scheme 2
采用單步張拉方案對該屋蓋結(jié)構(gòu)進行張拉模
擬，其拉索的最大拉力為1 420kN，桁架桿件的最大
應力為121N／mm2。與方案1相比較而言，采用方
案2的順序?qū)υ撐萆w結(jié)構(gòu)一次張拉到位，其拉索張
力值以及桁架桿件應力值要稍低于方案l的單步張
拉結(jié)果。
從兩側(cè)到中間的張拉順序，采用單步張拉方
案，同時控制外側(cè)拉索的兩個千斤頂并一次張拉到
位。張拉模擬過程計算結(jié)果如圖11所示。其中，橫
坐標張拉步說明：0～l是搭建胎架，安裝屋蓋桁架；
l一9是按軸線順序(⑩軸_+⑨軸_+⑩軸_+③軸_+⑩
軸_⑤軸一⑩軸一◎軸)從兩側(cè)到中間一次張拉編
號為3和4的兩根拉索，拉索張力值一次張拉到位；
9～10是拆除所有臨時支撐，完成結(jié)構(gòu)的預應力張
拉施工。縱坐標同方案1。
由圖11可知，采用方案2單步張拉時，每根拉
索張拉時所需的拉力約為成型索力值的1．10倍，與
方案1相比，該比值偏小，說明方案2略有優(yōu)勢。
采用方案2分級張拉，模擬計算結(jié)果表明，其拉
索的最大拉力為1 390kN，桁架桿件的最大應力為
109N／mm2。采用方案1和方案2的分級張拉對結(jié)
構(gòu)進行張拉模擬，其拉索的拉力值與桁架桿件的應
力水平相近。
采用方案2分級張拉，依次將結(jié)構(gòu)外側(cè)的兩根拉
索S2分兩級張拉到位。張拉模擬結(jié)果曲線如圖12
所示。其中，橫坐標張拉步說明：0～1是搭建胎架，
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_|鷺；O 2
O 0
圖11方案2單步張拉計算結(jié)果
Fig．11 Calculation resuIts fbr single
step tensioning Of scheme 2
安裝屋蓋桁架；1～9是第1次按軸線順序(⑩軸_⑨
軸一⑩軸一③軸一⑩軸一③軸一⑩軸_+②軸)從兩
邊到中間依次張拉編號為3和4的2根拉索，此時拉
索張力值為其設計值的50％；9～lO是施加屋面恒荷
載；10—18是第2次按照第1次的軸線順序依次張拉
編號為3和4的2根拉索，拉索張力值為其設計值的
100％；18—19是拆除所有臨時支撐，完成結(jié)構(gòu)的預應
力張拉施工。縱坐標同單步張拉方案。
由圖12可知，采用方案2分級張拉時，每根拉
索張拉時所需的拉力約為成型索力值的1．07倍；該
比值與方案1分級張拉方案相近，而且拉索索力和
索頭位移等的變化規(guī)律均與方案1單步張拉相同。
在從兩側(cè)到中間收縮張拉方案的前提下，對比
單步張拉和分級張拉的計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單步張拉方
案稍具優(yōu)勢。
6 結(jié)語
1)在從中間到兩側(cè)以及從兩側(cè)到中間的兩種
張拉順序的前提下，無論是采用單步張拉，還是采
(下轉(zhuǎn)第130頁)
萬方數(shù)據(jù)
130 施工技術(shù)第43卷
表2張拉力實測值與張拉力理論值對比
TabIe 2 Measured vaIues compared with the
theoretjcal value of the cable fbrce kN
5．2結(jié)構(gòu)變形監(jiān)控
張拉過程中，結(jié)構(gòu)變形通過全站儀進行監(jiān)測。
監(jiān)測結(jié)果與理論值對比如表3所示，測點布置如圖
4所示。
表3實際位移與理論位移對比
Table 3 Measured values compared with
the theoreticaI value of the defbrmation mm
6 結(jié)語
1)雙向張弦梁結(jié)構(gòu)受力形式復雜，由于雙向鋼
索之間索力的相互影響，比單向張弦梁施工難度大。
2)施工仿真模擬計算結(jié)果與施工監(jiān)測結(jié)果吻
合較好，兩者共同保證了本工程施工的準確性和安
全性。
圖4位移監(jiān)測點布置
Fig．4 The defbrmatiOn measuriⅡg points
3)本工程所采用的雙端雙向同步分級張拉的
施工方法使索力在整個張拉過程中逐漸逼近設計
值，誤差逐步得到修正，最終達到設計要求的預應
力狀態(tài)。本工程實踐經(jīng)驗，可為類似工程施工提供
借鑒。
參考文獻：
[1] 劉志．新型的結(jié)構(gòu)體系——雙向張弦梁結(jié)構(gòu)[J]．四川建材，
2006(6)：197-199．
[2] 張晶．某雙向張弦梁結(jié)構(gòu)的設計與分析[J]．建筑技術(shù)開發(fā)，
2011(1)：1．2
[3] 楊志剛．深圳市福田交通綜合樞紐換乘中心雙向預應力張弦
梁結(jié)構(gòu)施工[J]．建材世界，201l，32(1)：89．91，99．
[4] 徐建凱．預應力張弦粱結(jié)構(gòu)的施工過程控制研究[J]．江蘇
建筑，2010(3)：66．67．
[5] 張博浩，郭彥林，趙思遠，等．張弦梁張拉過程平面外穩(wěn)定性
分析及施工方案比較[J]．施工技術(shù)，2012，41(14)：49-54．
(上接第89頁)
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◎軸
圖12方粟2分級倀砬計算結(jié)果
Fig．12 Calculation results fbr graded tensiOning 0f scheme 2
用分級張拉，模擬計算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)構(gòu)件均處于參考文獻：
彈性受力階段。[1]沈世釗，徐崇寶，趙臣，等·懸索結(jié)構(gòu)設計[M]·北京：中國
2)張拉順序既可以按照從中間到兩邊的張拉?篡裳篙．拉結(jié)構(gòu)的抗震反應分析與設計方法研
施工順序，也可以按照從兩邊到中間的張拉施工順究[D]．上海：同濟大學，2007．
序，具體選擇依據(jù)現(xiàn)場施工的方便性確定。[3]朱博莉，郭彥林，馬建勛，等．確定斜拉屋蓋結(jié)構(gòu)拉索預應力
3)通過張拉分級比較，建議采用單步張拉，既的逐步去約束法?．施工技術(shù)，2014，43(】4)：90_92一
能保證張拉過程其應力與變形完全控制在彈性范[4]郭彥林，王昆，王小安，等·基于結(jié)構(gòu)目標位形的找形分析及
圍內(nèi)，又能保證較高的施工效率。
預應力張拉控制方法[1]·施工技術(shù)'2009，38(11)：18之3·

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