张弦铝合金梁结构施工技术研究与应用

1?工程概况

某工程建筑面积16?020?m2，地基基础设计等级为丙级，基础形式为钻孔灌注桩，为地上1层结构，结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，抗震设防类别为标准设防类（丙类），抗震设防烈度为8度，结构形式为铝合金结构，共分为A~E共5个 区域。

其中A区跨度为70?m，结构形式为预应力铝合金结构，采用张弦铝合金梁结构形式，为目前国内跨度最大的预应力铝合金结构。

由钢管混凝土柱、铝合金拱梁、拉索、撑杆4部分组成，铝合金梁采用双腹板H形截面，截面高度为500?mm，是目前国内规格最大的弧形双腹板H形铝合金构件。

立柱与铝合金拱梁连接节点采用不锈钢通过环槽铆钉进行连接，避免金属间的电化学腐蚀，保证了结构整体的受力性能。

钢拉索采用直径5×37热挤聚乙烯拉索（PE索），如图1所示。A区结构与C、E侧区域连接位置为结构转换区域（图2），采用转换桁架结构，跨度为44?m。

    

图1?张弦铝合金梁结构单榀示意

    

图2?A区整体结构示意

2?施工技术

2.1?滑移施工技术

A区与C区、E区交界位置横跨基坑，场地复杂，施工质量要求高。该区域下方通过搭设临时支架用于滑移，采用“地面拼装、利用支架定点拼装块 体，累计滑移形成结构主体”的施工方法。

在场地西侧设置高空吊装场地，采取累积滑移的施工方法，由西往东滑移；铝合金梁拼装胎架设置在9轴~10轴位置，首次拼装27轴、26轴及次结构构件，张拉后滑移，后续25轴~11轴每安装1榀从安装平台向东滑移，整体滑移到位后，原位安装9轴、10轴。

2.1.1?滑移施工准备

（1）拼装胎架设计与安装。拼装胎架设置在9 轴、10轴位置，胎架平台顶至基坑底部高差约20?m，平台长度54?m，宽8.5?m，宽度由9轴~10轴各挑出1.5?m，长度至两端拉索连接点处附近，如图3所示。

    

图3?拼装胎架示意

（2）滑移胎架设计与安装。A区13轴至21轴为悬挑区域，若要实现滑移施工，需要增设临时立柱及滑移胎架。滑移胎架架体高度7?m左右，单个支架框架柱体结构横向3?m，纵向2.3?m，横向斜挑2.8~3?m，滑移梁在滑移胎架顶部偏心布置，预留滑移设备及人行通道，如图4所示。

    

图4?滑移胎架示意

临时立柱设计与安装。A区13轴至21轴为悬挑区域，需要增设临时立柱及滑移胎架。临时立柱采用双直径324×10钢柱，并设置直径180×7斜撑保证立柱的稳定性，上端与转换桁架连接，下端与柱脚连接，如 图5所示。

    

图5?临时立柱布置示意

2.1.2?正式滑移

通过预设滑轨、柱底设计滑靴，通过滑移设备进行钢结构的滑移施工，利用新一代液压同步控制系统保证滑移的同步、协调，利用自锁型液压爬行器实现推移。

2.1.3?临时柱拆除

滑移就位后进行支座转换，将滑动支座转换为固定支座。临时柱从两边向中间进行拆除，过程中严格监测转换桁架及13轴、21轴立柱应力及变形，临时立柱拆除后结构整体应力如图6所示。

    

图6?临时立柱拆除后计算结果

2.2?张拉施工技术

钢拉索在安装铝合金梁之前进行安装，铝合金梁在拼装胎架安装完成后，双机台吊吊至钢梁位置进行连接（图7），而后进行张拉（图8），张拉以变形控制为主，内力控制为辅。

    

图7?铝合金梁吊装     图8?预应力索张拉

3?健康监测

3.1?变形监测

利用全站仪进行基坑变形监测和结构变形监测。

基坑测点布置：每个柱脚布置水平及竖向位移监测点；A区与其他区交汇处布置测点；基坑每个阳角处布置测点。结构变形测点布置：每榀布置7个监测点进行竖向变形监测，某榀理论计算竖向变形如图9所示，实际竖向变形如图10所示，基本吻合。

    

图9?张弦铝合金梁结构某榀理论计算竖向变形

    

图10?张弦铝合金梁结构某榀实际竖向变形

3.2?结构应力监测

采用振弦传感器进行应力监测。 应力监测点选取原则：（1）在施工模拟分析中，应力变化显著或应力水平较高的构件；（2）滑移点附近杆件的钢柱、结构跨中杆件等应作为关键监 测点。 该项目选取27轴、21轴、17轴、13轴、9轴共计5榀进行监测，每榀布置10个监测点。 结构安装及滑移施工过程中通过实施监测，最大应力均在允许范围内，保证了结构施工过程中的安全。

3.3?拉索索力监测

每根拉索张拉力的控制都关系结构的成形状态，因此对每根拉索张拉过程进行索力监测。张拉过程中通过液压油表读数进行拉索索力控制，最终索力均满足设计要求。

4?结束语

张弦铝合金梁结构，融合了铝合金轻质高强、低碳环保的优点，同时通过引入预应力克服了铝合金结构刚度弱的缺点，实现了更大跨度的需求，该新型结构体系为大跨度轻质高强建筑提供了一种选择，值得推广应用。

本研究简要介绍了某张弦铝合金梁结构的施工技术研究与应用，从场地地形、结构形式、安装方式等特点出发研究了张弦铝合金梁结构的施工技术，利用拼装胎架、滑移胎架、临时立柱实现了结构的滑移施工及预应力索分级张拉，通过监测技术保证了建造过程的安全。

经实践证明，该项目所采用滑移施工技术和监测技术先进可靠、科学合理，较常规施工方法可大幅缩短工期，降低施工难度和高空作业风险，节省施工费用，经济效益显著，在同类型的张弦铝合金梁结构安装中具有一定的参考借鉴意义。