大跨度預(yù)應(yīng)力張拉拱桁架施工與監(jiān)測(cè)

孫榮慶（揚(yáng)州市萬(wàn)福城市投資發(fā)展有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225002）

0 引 言

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，建造大跨度、大空間和結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的建筑以滿(mǎn)足人們對(duì)生活空間的追求已成為可能。大跨度鋼結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉拱桁架具有減輕結(jié)構(gòu)自重、提高結(jié)構(gòu)承載力、節(jié)約鋼材的優(yōu)點(diǎn)。本工程采用了該項(xiàng)技術(shù)，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)形體更具有活力，也使其先進(jìn)性、合理性和經(jīng)濟(jì)性得到充分展示。

1 工程概述

揚(yáng)州體育公園體育場(chǎng)占地面積 36 533.42 m2，總建筑面積為 41 721.78 m2，總座席數(shù)量為 3 萬(wàn)座，建筑層數(shù)為 4層，地下 1 層。本工程鋼結(jié)構(gòu)分為上部屋蓋罩棚結(jié)構(gòu)和下部預(yù)埋勁性柱梁結(jié)構(gòu)。屋蓋罩棚為大跨度預(yù)應(yīng)力張弦拱鋼桁架結(jié)構(gòu)，設(shè)置于西看臺(tái)，由主拱、背拱、側(cè)桁架（環(huán)桁架）、軸線(xiàn)桁架組成，兩側(cè)由 4 根弦桿，中間由 5 根弦桿組成的不規(guī)則四邊、五邊形桁架，內(nèi)部布置馬道。主拱西面通過(guò) 26榀軸向桁架與下部勁性結(jié)構(gòu)連接，軸向桁架之間通過(guò)側(cè)桁架、背拱和斜向撐桿連接。建筑物頂棚最高點(diǎn)結(jié)構(gòu)標(biāo)高(結(jié)構(gòu)中心線(xiàn)）為 47.594 m (起拱后為 47.88 236 m)。主拱跨度為 280.707 m，弧長(zhǎng)約 314 m，重量約 1 200 t，罩棚鋼結(jié)構(gòu)總噸位約 2 400 t。體育場(chǎng)俯瞰效果，如圖 1 所示。

圖1 體育場(chǎng)俯瞰效果圖

2 施工工藝

大跨度屋蓋預(yù)應(yīng)力張拉拱桁架施工工藝流程如下：主拱地面拼裝→主拱支撐胎架安裝→主拱安裝→軸向桁架安裝→罩棚胎架安裝→罩棚安裝→主拱預(yù)應(yīng)力施工→罩棚橫向桿件支撐安裝→罩棚胎架拆除→主拱胎架拆除→罩棚斜向支撐桿件安裝→軸向桁架臨時(shí)支撐拆除。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝施工平面布置，如圖 2 所示。

圖2 構(gòu)件安裝施工平面布置圖

2.1 主拱地面拼裝

2.1.1 分段原則

為保證主拱的拼裝安全、吊裝精度，避免大量的高空焊接，將 15 段主拱在地面按四大段進(jìn)行拼裝，A1～A4 為第一大段，A5～A8 為第二大段，A9～A11 為第三大段，A12～A15 為第四大段。

2.1.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原則

主拱分四大段在地面進(jìn)行拼裝，其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于對(duì)各分段進(jìn)行一次預(yù)拼裝。拼裝時(shí)將大段內(nèi)主拱高的一端沿 55°平面斜放至地面，胎架依據(jù)弧型線(xiàn)進(jìn)行設(shè)置。

2.1.3 建立拼裝坐標(biāo)系

每大段主拱拼裝時(shí)，以第一根管起、終點(diǎn)為坐標(biāo)系X軸，建立局部坐標(biāo)系，用以控制拼裝胎架、主弦桿、腹桿的定位坐標(biāo)。

2.1.4 拼裝胎架

主拱胎架設(shè)置原則是依據(jù)主弦桿出廠(chǎng)長(zhǎng)度而定，每根弦桿下方設(shè)置兩個(gè)胎架，胎架位置須避開(kāi)腹桿，胎架柱下部與路基箱焊接（如圖 3 所示）。

圖3 胎架圖

2.1.5 腹桿定位

主弦桿安裝完成后，將每根腹桿的中心線(xiàn)與主拱的交點(diǎn)用全站儀定位在主弦桿上，然后根據(jù)該根腹桿直徑設(shè)置兩點(diǎn)標(biāo)記，腹桿安裝時(shí)以?xún)牲c(diǎn)標(biāo)記為參照點(diǎn)。

2.1.6 主拱地面拼裝步驟

每段主拱由弦桿和腹桿組成，根據(jù)設(shè)計(jì)所定原則：先大后小、先厚后薄、先斜后直、先內(nèi)后外，同時(shí)兼顧熔透焊縫的 UT 探傷，將每段主拱的腹桿分批進(jìn)行安裝。安裝時(shí)先將主弦桿安裝就位，然后依次安裝各步驟腹桿。

2.1.7 主拱地面拼裝注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)格執(zhí)行拼裝順序：主拱腹桿拼裝必須嚴(yán)格按照相應(yīng)步驟進(jìn)行，對(duì)于有熔透焊步驟必須經(jīng)探傷合格后方能進(jìn)行下一步拼裝。

（2）腹桿拼接：在后續(xù)步驟中若有腹桿無(wú)法直接拼裝時(shí)，須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)管理人員確認(rèn)，不可擅自切割。對(duì)于必須斷開(kāi)才能拼裝的腹桿，采取增加腹桿對(duì)接口的方式進(jìn)行，對(duì)接口為一級(jí)焊縫。

（3）控制焊接變形：主弦桿從下往上進(jìn)行拼裝，對(duì)口、找正完成后先進(jìn)行臨時(shí)固定，然后拼裝第一批腹桿，拼裝完成后進(jìn)行整體測(cè)量（主弦桿對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度及彎曲矢高），符合要求后依次進(jìn)行主弦桿和腹桿的焊接。

（4）胎架監(jiān)測(cè)：安裝時(shí)同步監(jiān)測(cè)胎架沉降值，并將其作為拼裝精度的調(diào)整值。

2.2 主拱支撐胎架安裝

主拱支撐胎架主要用于支撐主拱結(jié)構(gòu)施工。主拱胎架截面形式為 3 m×5.5 m。主拱支撐胎架共計(jì) 14 組，在地面用 50 t 履帶吊和 25 t 汽車(chē)拼裝成 12 m 的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)重約 20 t。在地面拼裝成大段后利用 QUY180 型 180 t 履帶吊、56 m 主臂、24 m 副臂進(jìn)行安裝，同時(shí)安裝軸向桁架的臨時(shí)支撐，共計(jì) 6 根。

2.3 主拱安裝

主拱在地面拼裝完成和主拱支撐胎架安裝完成后進(jìn)行安裝。安裝主拱時(shí)利用 750 t 履帶吊裝，在吊裝前首先確定主拱吊裝參數(shù)、選擇鋼絲繩，確定安裝布置吊點(diǎn)，吊機(jī)占位。主拱自?xún)蛇呄蛑虚g進(jìn)行吊裝，即先吊裝一端 A1～A7段，待安裝到合攏段后，吊機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)從另一端繼續(xù)依次吊裝A15～A9 段，最后吊裝至合攏段，即主拱中間 A8 位置。

2.4 軸向桁架安裝

在主拱吊裝至 A5、A10 后，利用 QUY180 履帶吊對(duì)軸向桁架、背拱、側(cè)向桁架及斜撐桿進(jìn)行安裝。

2.5 罩棚胎架安裝和罩棚安裝

（1）在主拱及軸向桁架安裝完成后，進(jìn)行罩棚胎架的安裝，罩棚胎架共計(jì) 12 組。罩棚胎架截面形式為 4 肢格構(gòu)式截面，最大截面為 3 m×3 m，主肢 HW300×300，最小截面為 1.2 m×1.2 m，主肢 φ114×8，采用 180 t 履帶吊進(jìn)行安裝。

（2）罩棚結(jié)構(gòu)在地面拼裝成塊單元（徑向桁架）（共計(jì) 7 片，A1～A7），用 750 t 履帶吊進(jìn)行吊裝。

2.6 主拱預(yù)應(yīng)力張拉

主拱及屋蓋桿件焊接完成后，對(duì)兩拱腳之間拉索預(yù)應(yīng)力張拉。對(duì)拉索由 132 根 1 860 級(jí) φ15.2 環(huán)氧噴涂 PE 鋼絞線(xiàn)組成，單邊端部按照 6 束分束布置，對(duì)應(yīng)采用 22 孔防松夾片錨具，對(duì)索施加預(yù)拉力 5400 kN。拉索施工包括制作、安裝和張拉錨固。具體為：施工機(jī)具準(zhǔn)備→鋼絞線(xiàn)在廠(chǎng)家定尺下料→編束加工并卷成整盤(pán)→運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)→采用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引放索（單次牽引 3～5 根鋼絞線(xiàn)）→拉索安裝端錨具→預(yù)緊并臨時(shí)錨固→張拉→最終錨固→防松裝置、保護(hù)罩安裝。

（1）張拉機(jī)具：考慮到張拉力的均勻性，本工程采用250 t 千斤頂整束張拉。

（2）拉索張拉采用雙控原則：控制鋼絞線(xiàn)索內(nèi)力和張拉點(diǎn)的水平位移，其中以?xún)?nèi)力為主。為了實(shí)現(xiàn)張拉力控制，把張拉力平均分成 20%→40%→60% →80%→100%五等分，分級(jí)控制；為彌補(bǔ)拉索及錨具松弛造成的預(yù)應(yīng)力損失，擬進(jìn)行 5% 的超張拉，張拉到位后，擰緊螺栓，張拉結(jié)束。具體的預(yù)應(yīng)力拉張數(shù)據(jù)，如表 1 所示。

表1 預(yù)應(yīng)力拉張數(shù)據(jù)

2.7 罩棚橫向桿件支撐安裝

在混凝土養(yǎng)護(hù)期間進(jìn)行罩棚分塊之間的橫向桿件支撐安裝，橫向桿件支撐用 QUY 180T 履帶吊進(jìn)行吊裝。

2.8 罩棚胎架和主拱胎架卸載和拆除

（1）支撐胎架卸載順序：在拱腳對(duì)索張拉完成和罩棚支撐桿件安裝完成后，進(jìn)行罩棚支撐胎架的卸載。罩棚胎架卸載結(jié)束后，同時(shí)待拱腳混凝土養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行主拱支撐胎架的卸載。

（2）罩棚結(jié)構(gòu)較輕，采用千斤頂進(jìn)行其胎架卸載，最大卸載值為 25.8 mm，進(jìn)行一次性卸載。

（3）主拱胎架卸載時(shí)存在三個(gè)方向位移，采用專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)的同時(shí)滿(mǎn)足三向位移的沙漏裝置進(jìn)行其胎架卸載，最大豎向卸載值為 175.4 mm。主拱胎架分級(jí)卸載，卸載時(shí)以20 mm 為一級(jí)，分 9 級(jí)進(jìn)行卸載。

（4）當(dāng)罩棚胎架和主拱胎架卸載完成后開(kāi)始進(jìn)行罩棚胎架和主拱胎架的拆除。

2.9 罩棚斜向支撐桿件安裝和軸向桁架臨時(shí)支撐拆除

主拱胎架卸載完成后，開(kāi)始進(jìn)行罩棚斜向支撐桿件安裝和軸向桁架臨時(shí)支撐拆除。

3 現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制措施

3.1 構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)

構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)后，施工方填寫(xiě)構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)報(bào)驗(yàn)單，提供構(gòu)件出廠(chǎng)確認(rèn)單等有關(guān)資料，報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收，未經(jīng)報(bào)驗(yàn)通過(guò)的構(gòu)件不得進(jìn)行拼裝和焊接。

3.2 焊接前確認(rèn)檢驗(yàn)

構(gòu)件拼裝結(jié)束，正式焊接前，施工單位應(yīng)進(jìn)行自檢，提供錯(cuò)邊、間隙等自檢資料，提供構(gòu)件拼裝測(cè)量資料，并對(duì)上一安裝單元有關(guān)對(duì)接口的測(cè)量資料進(jìn)行核對(duì)檢查，核查合格后，報(bào)監(jiān)理工程師進(jìn)行焊接前檢查確認(rèn)。

3.3 焊接質(zhì)量控制

（1）根據(jù)母材材質(zhì)、焊接位置，現(xiàn)場(chǎng)地面組裝焊接采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（相貫口可采用手工電弧焊)，高空組裝焊接采用手工電弧焊或藥芯焊絲二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。

（2）拼裝胎架位置需避開(kāi)焊接接點(diǎn)的位置，最小高度約 800 mm，以便焊接、矯正與檢查。

（3）桁架上下弦對(duì)接處，應(yīng)預(yù)留 3 mm 左右焊接收縮余量，同時(shí)裝設(shè)內(nèi)襯板，以保證對(duì)接光滑，焊縫平整。

（4）拼裝完畢后焊接前應(yīng)進(jìn)行全面的尺寸檢查，避免拼裝過(guò)程中因地基的局部沉降而影響拼裝精度，如發(fā)現(xiàn)個(gè)別點(diǎn)位出現(xiàn)偏差，應(yīng)采用千斤頂和斜坡墊進(jìn)行調(diào)整。

（5）焊接前對(duì)拼裝構(gòu)件進(jìn)行檢驗(yàn)，特別是坡口質(zhì)量檢查，確保坡口間隙和坡口角度符合設(shè)計(jì)及焊接要求。焊接時(shí)，實(shí)施多人對(duì)稱(chēng)焊接，焊接量大的部位應(yīng)先焊接，最大限度減少焊接變形。

（6）做好焊前預(yù)熱與焊后消氫。弦桿材質(zhì)分為 Q460E、Q345GJC 兩類(lèi)，壁厚最薄的為 16 mm（Q460E），最厚的為 60 mm（Q345GJC），為確保焊接質(zhì)量，根據(jù)焊接工藝評(píng)定，對(duì)母材采用電加熱片進(jìn)行預(yù)熱，加熱區(qū)域?yàn)楹缚p坡口兩側(cè)各 200 mm。焊后利用預(yù)熱設(shè)備將焊縫處升溫至 250℃，保溫時(shí)間根據(jù)壁厚每 25 mm板厚不小于 0.5 h，且總保溫時(shí)間不小于 1 h，達(dá)到保溫時(shí)間后緩冷至常溫。

（7）桁架拼裝結(jié)束后，應(yīng)進(jìn)行外形尺寸檢查，以作為安裝就位的依據(jù)和后續(xù)桁架拼裝的參照依據(jù)，避免誤差累積。

（8）由于主桁架分段拼裝，故必須嚴(yán)格控制分段點(diǎn)的尺寸精度，以確保主桁架分段高空能夠順利進(jìn)行對(duì)接，避免出現(xiàn)錯(cuò)口現(xiàn)象。

3.4 第三方探傷、焊接、拼裝檢驗(yàn)批檢驗(yàn)

拼裝單元在焊接過(guò)程中，施工方和監(jiān)理對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行檢查。焊接結(jié)束后，在規(guī)定時(shí)間間隔后進(jìn)行自檢探傷，不合格焊縫需要進(jìn)行返修，返修后在規(guī)定間隔時(shí)間后進(jìn)行再次探傷，全部自檢探傷合格后，進(jìn)行第三方見(jiàn)證探傷，第三方探傷合格、經(jīng)施工方和監(jiān)理共同對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查，合格后簽認(rèn)焊接檢驗(yàn)批驗(yàn)收記錄。

4 工程難點(diǎn)及其應(yīng)對(duì)措施

4.1 工期要求緊

本項(xiàng)目施工區(qū)域主要集中在場(chǎng)館內(nèi)部。由于工期要求緊迫，可流水線(xiàn)施工的工序必須全面開(kāi)展，臨時(shí)措施如拼裝胎架、擋風(fēng)棚、機(jī)械設(shè)備及人力資源等均需成倍增加。針對(duì)工期緊張，首先制定詳細(xì)的施工計(jì)劃和措施，對(duì)各項(xiàng)工作按工期要求進(jìn)行細(xì)致的安排，同時(shí)采取人閑機(jī)不閑，專(zhuān)業(yè)工種保駕的策略。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜

鋼結(jié)構(gòu)主拱向西傾斜 55°，為大跨度預(yù)應(yīng)力張弦拱桁架，受力體系復(fù)雜，且要求罩棚分塊之間的橫向桿件支撐和斜向支撐桿件須處在無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下焊接，施工難度較大。為確保結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程及胎架卸載過(guò)程安全可靠，利用有限元軟件 SAP2000 對(duì)施工進(jìn)行非線(xiàn)性過(guò)程模擬分析，為施工提供理論依據(jù)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。與主拱連接的桿件焊接部分，均預(yù)制牛腿（無(wú)應(yīng)力段），以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)焊接，牛腿的安裝坐標(biāo)根據(jù)支撐胎架卸載后主拱結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)而定。

4.3 節(jié)點(diǎn)形式多樣，同節(jié)點(diǎn)處相貫復(fù)雜

本工程節(jié)點(diǎn)形式包括插板式、相貫式、鑄鋼件連接式、錐體式。其中相貫節(jié)點(diǎn)位置腹桿最多達(dá)到 11 根，依據(jù)設(shè)計(jì)要求“先大后小、先厚后薄、先斜后直、先內(nèi)后外”的原則，主拱單元的腹桿裝、焊轉(zhuǎn)換步驟多達(dá) 8 步，對(duì)拼裝及焊接要求高。為此，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐個(gè)梳理，并結(jié)合設(shè)計(jì)的相關(guān)要求制定合理的組焊工藝。安裝各區(qū)域焊縫要求以離該區(qū)域最近的桿件為參照，按原規(guī)則實(shí)施，同時(shí)滿(mǎn)足角度要求和焊工操作空間方按熔透焊縫考慮。

4.4 高強(qiáng)鋼占比大

罩棚結(jié)構(gòu) Q460E 材質(zhì)占比為 48.6%，由于 Q460E 材料可焊性及可加工性能較差，對(duì)加工工藝、焊接參數(shù)（電流、電壓、線(xiàn)能量、層間溫度）、預(yù)熱、消氫等要求非?？量獭１竟こ檀罅渴褂?Q460E 高強(qiáng)度鋼板（卷管用）、無(wú)縫管，而高強(qiáng)度鋼對(duì)溫度較為敏感，為確保焊接質(zhì)量，采用措施如下：

（1）施工前對(duì) Q460E 進(jìn)行了 70 項(xiàng)焊接工藝評(píng)定，40項(xiàng)焊接試驗(yàn)；

（2）對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的焊縫要求進(jìn)行逐個(gè)梳理；

（3）焊接前根據(jù)工藝評(píng)定、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行掛牌管控；

（4）焊接口材質(zhì)用不同顏色進(jìn)行標(biāo)識(shí)，避免焊材混用；

（5）現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)對(duì)每道焊接進(jìn)行焊前、焊中、焊后管控。

4.5 焊接量大難度大

鑒于上述復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)體系、形式多樣的節(jié)點(diǎn)和采用了高占比的高強(qiáng)鋼等因素外，本工程焊接吊裝分段多，現(xiàn)場(chǎng)焊縫長(zhǎng)度長(zhǎng)，焊接工作量大和焊接形式多。如，焊接既有薄板焊接，又有厚板焊接；既有平焊、立焊，又有仰焊，既有高強(qiáng)鋼的焊接，又有鑄鋼件的焊接。薄板焊接變形大，厚板焊接熔敷量大，溫度控制和勞動(dòng)強(qiáng)度要求高，而高空焊接、冬雨季焊接的防風(fēng)雨防低溫措施更使得焊接難度增大。

4.6 安裝精度控制難

由于施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)本身因自重和溫度變化均會(huì)產(chǎn)生變形，而且支撐胎架在荷載作用下也會(huì)產(chǎn)生變形，加之結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜，安裝精度受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、溫度變化等多方面的影響，安裝精度極難控制。施工時(shí)必須采取必要的措施，提前考慮好如何對(duì)安裝誤差進(jìn)行調(diào)整和消除，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，使安裝在受控狀態(tài)下完成，以保證整體造型和施工質(zhì)量。

4.7 主拱支撐胎架卸載難度大

經(jīng)施工模擬計(jì)算，主拱胎架在卸載過(guò)程中卸載值高達(dá)175.6 mm，胎架支撐反力 162.7 t，且同時(shí)在 X、Y 平面內(nèi)也存在較大位移，須設(shè)置合理的卸載措施，保證過(guò)程安全。對(duì)于主拱卸載裝置，由于主拱結(jié)構(gòu)跨度大從而造成支撐胎架卸載值較大，為保證卸載過(guò)程安全，避免產(chǎn)生較大沖擊，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三方向位移控制，本工程選用沙漏卸載裝置進(jìn)行胎架卸載操作。

5 對(duì)主拱和軸向桁架部位應(yīng)變和位移進(jìn)行施工期監(jiān)測(cè)

5.1 應(yīng)變監(jiān)測(cè)

5.1.1 測(cè)試概況

應(yīng)變測(cè)試儀擬采用 DH3821 靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)靜態(tài)應(yīng)變儀。應(yīng)變測(cè)試工作分為四個(gè)測(cè)試階段，第一階段采集監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)張拉過(guò)程中應(yīng)變，第二階段為張拉結(jié)束后罩棚胎架卸載后應(yīng)變，第三階段為主拱胎架卸載過(guò)程中應(yīng)變，第四部為膜結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中監(jiān)測(cè)。在應(yīng)變采集過(guò)程中參照設(shè)計(jì)院提供的各個(gè)階段的應(yīng)變預(yù)警值，出現(xiàn)預(yù)警情況，立即反饋信息。應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)變計(jì)采用表面焊接方式固定。監(jiān)測(cè)共有6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布控 4 個(gè)應(yīng)變計(jì)。

5.1.2 監(jiān)測(cè)方案

（1）根據(jù)安裝主拱與支撐拱的順序，依照測(cè)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)位置，在現(xiàn)場(chǎng)安裝好應(yīng)變計(jì)，保護(hù)好傳感器保證高的靈敏度。

（2）待主拱與支撐拱吊裝穩(wěn)定后，進(jìn)行首次測(cè)試，以觀察應(yīng)變計(jì)是否完好，確定完好后記錄初次采集值。

（3）對(duì)第一步張拉階段的監(jiān)測(cè)。結(jié)構(gòu)張拉前，先對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行采集。整個(gè)張拉過(guò)程分五級(jí)進(jìn)行。進(jìn)行第一級(jí)張拉后，待支座滑移穩(wěn)定靜止后，進(jìn)行應(yīng)變采集，進(jìn)行第二級(jí)張拉，待支座滑移控制不動(dòng)時(shí)，進(jìn)行應(yīng)變采集，依次完成預(yù)應(yīng)變張拉過(guò)程中 5 級(jí)張拉的數(shù)據(jù)采集。

（4）對(duì)第二步罩棚胎架卸載階段的應(yīng)變采集。對(duì)罩棚胎架進(jìn)行一次性卸載，待罩棚胎架卸載脫模后，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（5）對(duì)第三步主拱胎架卸載時(shí)監(jiān)測(cè)。主拱胎架分九級(jí)卸載完成。首先進(jìn)行主拱胎架卸載前初始值監(jiān)測(cè)。主拱胎架卸載開(kāi)始，進(jìn)行第一級(jí)卸載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后數(shù)據(jù)采集，采集完畢，進(jìn)行第二次卸載，待第二次卸載穩(wěn)定后，采集數(shù)據(jù)。依次進(jìn)行第三次至第九次卸載，直至每級(jí)卸載完成后數(shù)據(jù)采集完成。數(shù)據(jù)采集要在每級(jí)卸載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后進(jìn)行。

（6）對(duì)第四步膜結(jié)構(gòu)安裝后的監(jiān)測(cè)。由于主拱胎架卸載后至第四步膜結(jié)構(gòu)安裝后采集時(shí)間間隔較長(zhǎng)，所以在胎架拆除完后一段時(shí)間進(jìn)行期間數(shù)據(jù)采集。在膜結(jié)構(gòu)安裝前，對(duì)整體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，待膜安裝完成穩(wěn)定后，再次對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（7）等胎架拆除全部完畢，在保證拆除穩(wěn)定后的 2 h后，再次對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（8）在以上數(shù)據(jù)采集過(guò)程，根據(jù)采集數(shù)據(jù)對(duì)比各個(gè)過(guò)程中的預(yù)警值，如發(fā)現(xiàn)采集值接近或者超過(guò)預(yù)警值，立即向項(xiàng)目管理及監(jiān)理反饋信息，確保各個(gè)過(guò)程安全無(wú)誤。

（9）待全部數(shù)據(jù)采集完成后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，整理數(shù)據(jù)，出具報(bào)告。

5.2 位移監(jiān)測(cè)

5.2.1 測(cè)試概況

對(duì)于各測(cè)點(diǎn)的位移情況，擬采用高精度全站儀進(jìn)行各測(cè)點(diǎn)的三維空間位移監(jiān)測(cè)。具體技術(shù)措施包括：在體育場(chǎng)場(chǎng)地周?chē)y(cè)站點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)確定初始空間坐標(biāo)系，主要以固定不易位移和變形的站點(diǎn)為主；同時(shí)在各測(cè)點(diǎn)粘貼進(jìn)口高精度十字反射片（進(jìn)口）與焊接棱鏡，作為長(zhǎng)期測(cè)點(diǎn)使用。原理是通過(guò)測(cè)站點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)兩個(gè)固定點(diǎn)建立相對(duì)坐標(biāo)，確定各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此坐標(biāo)系的空間位置，建立三點(diǎn)間的原始坐標(biāo)關(guān)系，測(cè)試施工階段各測(cè)點(diǎn)相對(duì)位移，位移共7個(gè)測(cè)點(diǎn)。

鋼結(jié)構(gòu)位移測(cè)試分為四個(gè)階段：

（1）桁架拼裝完成后測(cè)試每個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)測(cè)站與基準(zhǔn)點(diǎn)的原始基礎(chǔ)坐標(biāo)、用測(cè)站與基準(zhǔn)點(diǎn)建立空間假設(shè)坐標(biāo)系，利用坐標(biāo)系可以準(zhǔn)確測(cè)試 X、Y、Z 綜合位移的功能，便于施工過(guò)程中各個(gè)測(cè)點(diǎn)在各個(gè)方向相對(duì)位移的測(cè)量。

（2）預(yù)應(yīng)力施加后分段測(cè)試各測(cè)點(diǎn)位移情況。將張拉過(guò)程分為5級(jí)，分別給出了每級(jí)預(yù)應(yīng)力張拉的主拱位移量。用坐標(biāo)法在每級(jí)張拉結(jié)束后，測(cè)試各測(cè)試點(diǎn)的位移量。

（3）罩棚及主拱卸載過(guò)程測(cè)試桁架各測(cè)點(diǎn)位移。測(cè)試步驟與卸載步驟統(tǒng)一，每卸載一級(jí)，立即測(cè)試所有測(cè)點(diǎn)的位移量。要求密切注意位移量控制范圍，一旦發(fā)生超限情況，立即停止卸載工作分析原因。

（4）膜結(jié)構(gòu)安裝完成后測(cè)試桁架的位移、全部安裝到位后測(cè)試位移與上次位移的差值。

通過(guò)各階段測(cè)試測(cè)點(diǎn)在空間的位移量，計(jì)算分析出各測(cè)點(diǎn)在每個(gè)施工階段的測(cè)點(diǎn)位移量是否符合設(shè)計(jì)單位制定的位移要求。

5.2.2 監(jiān)測(cè)方案

（1）在主拱與罩棚吊裝前做好所有測(cè)試準(zhǔn)備工作。確定測(cè)點(diǎn)位置，在主拱與罩棚地面拼裝時(shí)，將十字反射片與棱鏡粘貼與焊接到測(cè)試位置。十字反射片用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于測(cè)點(diǎn)的防火涂料上，防止脫落。

（2）在主拱吊裝后，在體育場(chǎng)適當(dāng)位置尋找可以測(cè)到每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)站位置。在測(cè)站周邊設(shè)立前視點(diǎn)，前視點(diǎn)設(shè)立于現(xiàn)場(chǎng)人員與車(chē)輛均不易接觸到的位置。

（3）在測(cè)站與前視點(diǎn)位置確定后，將主拱上測(cè)點(diǎn)作為后視點(diǎn)建立假設(shè)空間坐標(biāo)系?？臻g坐標(biāo)系建立完成后，重新架設(shè)全站儀，復(fù)合前視點(diǎn)與后視點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系，如復(fù)合測(cè)試后兩點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系符合原始坐標(biāo)系中的位置差，視為此坐標(biāo)系可以用于后續(xù)的位移測(cè)試。在張拉前測(cè)試好所有測(cè)點(diǎn)與前視點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系，便于張拉后計(jì)算各點(diǎn)相對(duì)位移差。

（4）張拉分五級(jí)實(shí)施，張拉中測(cè)試與張拉節(jié)奏同步。在每次張拉后，迅速讀取個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，并計(jì)算相對(duì)于前視的相對(duì)位移量，如有超限情況立即停止張拉工作。

（5）在罩棚胎架拆除前測(cè)試相對(duì)坐標(biāo)，待胎架拆除后測(cè)試一次各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)。計(jì)算胎架拆除后各測(cè)點(diǎn)相對(duì)拆除前的位移量是否符合設(shè)計(jì)位移量。

（6）主拱胎架拆除分九級(jí)實(shí)施，每級(jí)卸載豎向位移量為 20 mm，每級(jí)卸載后測(cè)試各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位移量，通過(guò)與前視點(diǎn)的差值，計(jì)算是否符合豎向位移的要求。

（7）膜結(jié)構(gòu)安裝測(cè)試，在主拱胎架拆除后，待后裝桿件與膜結(jié)構(gòu)全部安裝到位后，單次測(cè)試鋼結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)的總體位移量。

6 結(jié) 語(yǔ)

大跨度預(yù)應(yīng)力張拉拱桁架結(jié)構(gòu)具有其特有的優(yōu)勢(shì)，相信在以后的建筑工程中會(huì)被設(shè)計(jì)師們廣泛應(yīng)用，但此種結(jié)構(gòu)易銹蝕和耐腐蝕性差，尤其在潮濕和有腐蝕介質(zhì)環(huán)境中更容易銹蝕，因而維修成本較高。隨著防銹蝕技術(shù)研發(fā)和新型防銹蝕材料的不斷應(yīng)用，該種類(lèi)型建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景將會(huì)更廣闊。