[发明专利]一种超大跨度多阶次预应力钢桁架结构及其施工方法

权利要求书

1.一种超大跨度多阶次预应力钢桁架结构，包括钢桁架（1）和双索下弦节点紧固装置（2），所述的钢桁架（1）两端的底部分别设有万向球铰接节点（3），所述的钢桁架（1）的下方设有若干连续分布的双索下弦节点紧固装置（2），所述的钢桁架（1）与双索下弦节点紧固装置（2）间通过V型撑杆（4）进行定位，所述的钢桁架（1）下方的两端分别设有多向索交叉固定节点（5），所述的钢桁架（1）与多向索交叉固定节点（5）通过多弦支撑杆（6）进行定位，所述的双索下弦节点紧固装置（2）、钢桁架（1）和多向索交叉固定节点（5）通过主张弦双拉索（7）定位，所述的多向索交叉固定节点（5）与钢桁架（1）通过斜拉索（8）定位；

所述的双索下弦节点紧固装置（2）包括下盖板（9），所述的下盖板（9）的上部设有上盖板（10），所述的上盖板（10）与下盖板（9）形成二个相间隔分布的索孔（11），所述的主张弦双拉索（7）穿过索孔（11），所述的V型撑杆（4）固定在上盖板（10）的上部；

所述的下盖板（9）是整块或二块，所述的上盖板（10）与下盖板（9）通过若干高强螺栓紧固；所述的上盖板（10）与下盖板（9）的折角分别呈磨圆倒角，磨圆倒角的半径比板厚的1/2少4～8毫米，所述的索孔（11）的直径比主张弦双拉索（7）的直径大1～1.5毫米，所述的上盖板（10）与下盖板（9）间的间距为6-8毫米，所述的索孔（11）的内壁设有毛齿，所述的毛齿的高度为1-2mm；

所述的V型撑杆（4）与上盖板（10）间通过加劲板（12）紧固；

其特征在于：所述的多向索交叉固定节点（5）包括焊接球（13），所述的焊接球（13）与多弦支撑杆（6）固定，所述的焊接球（13）中设有向外延伸的多弦支撑杆（6），所述的焊接球（13）的左侧端与右侧端分别设有若干呈错位分布的拉索耳板组件，二个拉索耳板组件呈匹配对应式分布。

2.根据权利要求1所述的一种超大跨度多阶次预应力钢桁架结构，其特征在于：所述的拉索耳板组件包括拉索耳板（15），所述的拉索耳板（15）与焊接球（13）相固定，所述的拉索耳板（15）的外端部设有销轴垫板（16），所述的销轴垫板（16）中设有拉索孔（17），所述的拉索耳板（15）呈扇形状，所述的主张弦双拉索（7）穿过拉索孔（17）。

3.根据权利要求2所述的一种超大跨度多阶次预应力钢桁架结构，其特征在于：所述的焊接球（13）的左侧端设有三个拉索耳板组件，焊接球（13）的右侧端设有二个拉索耳板组件，所述的拉索耳板（15）与焊接球（13）间通过外加劲板（18）固定，所述的外加劲板（18）与拉索耳板（15）呈垂直分布，所述的焊接球（13）中设有与拉索耳板（15）相固定的内加劲板（19）。

4.根据权利要求1所述的一种超大跨度多阶次预应力钢桁架结构，其特征在于：所述的万向球铰接节点（3）包括凹型构件（20）和凸型构件（21），所述的凸型构件（21）与钢桁架（1）固定，所述的凸型构件（21）的上部呈球头状，所述的凸型构件（21）沿凹型构件（20）进行转动连接，所述的凸型构件（21）通过扣盖（22）与凹型构件（20）固定，所述的凸型构件（21）的上部与凹型构件（20）间设有聚四氯乙烯层（23）。

5.根据权利要求4所述的一种超大跨度多阶次预应力钢桁架结构，其特征在于：所述的凹型构件（20）半嵌入至扣盖（22）中，所述的扣盖（22）与凹型构件（20）通过螺栓固定，所述的凸型构件（21）的球头部分沿凹型构件（20）和扣盖（22）转动。

6.一种利用权利要求1或2或3或4或5所述的超大跨度多阶次预应力钢桁架结构的施工方法，其特征在于按以下步骤进行：

（一）、超大跨度多阶次预应力钢桁架结构分区提升，分区吊装施工方法：

a、根据结构特点划分施工区域：

根据主索设置位置外扩一个网格对该结构进行施工分区划分，对中间跨主预应力索部分的桁架采取大面积网格结构提升施工，对边跨桁架采取吊装提升施工工艺，待提升分区及吊装分区桁架完成后，后补两个提升分区间的桁架；

b、超大跨度多阶次预应力钢桁架结构索体安装；

提升区桁架分块在拼装胎架上地面拼装完成后，安装带有万向球铰接点V型撑杆，安装主索固定端V型撑杆，对应把万向球铰接点向上嵌入扣盖内的下凹半球构件内，高强螺栓自下往上穿入螺栓不通孔内，拧紧高强螺栓，该V型撑杆的上节点安装完成；

安装主索固定端间中间V型撑杆通过销轴节点内穿入螺栓拧紧即可，然后安装主桁架的预应力主双拉索，主索安装顺序：拉索在主桁架下方展开以后，在主桁架上每个撑杆的位置设置一个导链，利用卷扬机和导链进行安装，通过导链和吊装带同时提升索头和索体，待索体高度和节点高度等高时安装索头和索夹；每根拉索先安装固定端再安装调节端：借助导链牵引索头，安装主张拉索的两端的多向索交叉节点固定索端，拧紧高强螺栓；然后根据拉索上的标记点，将拉索和固定装置相连，紧固所有的高强螺栓；最后按照同样的方法安装主拉索的边索的调节端交叉节点索头，完成整榀桁架的主拉索的安装；

c、超大跨度多阶次预应力钢桁架结构分区提升:

提升区主桁架张弦钢索进行预紧，主桁架地面胎架上预紧时桁架外扩变形控制要求：在 2mm范围内，逐步至设计初拉力的20%,完成后复测其桁架的尺寸和变形值，并通过midas有限元分析计算，在初步预应力及主桁架提升点的共同作用，提升过程达到设计要求外扩变形6mm的控制范围内；

提升单元提升利用已经拼装到位的边榀桁架进行提升，提升单元逐级加载提升至约离地面 150mm 后，暂停提升；并在静置 12 小时过程中，将拼装支撑架垂直于主桁架方向稳定联系桁架拆除，保留平行于主桁架方向的稳定联系桁架，确保提升顺畅安全；

之后继续提升桁架单元，直至到达设计位置，然后与边榀桁架焊接，形成整体，卸载提升设备；完成提升桁架单元1区安装，利用同样方法，完成提升分区单元2区安装；

（二）、多阶次预应力钢桁架结构分区分批预应力张拉方法：

各区结构拼装完毕且焊接检验合格以后，对张弦主索、斜拉索和联系索张拉至设计初拉力；

根据设计要求，与斜拉索相对应的张弦腹杆需在张弦主索张拉完成后再安装，张弦主索和斜拉索分区进行张拉，首先张拉张弦主索，再张拉斜拉索；张弦主索在桁架两端均设置调节端，采用两端张拉的方式，双端张拉；张弦斜拉索采用调节端单端张拉的方式，单端张拉；

最后进行分区单向张拉次桁架水平拉索至设计内力，所有张拉均一级张拉到位；

在施工过程中，为保证更高的施工质量，特此对结构进行施工监测；在整个施工过程中，监测以拉索索力控制为主，结构位移控制为辅；其中，位移监控预警值为理论变形的±10%且超过±10mm；撑杆垂直度允许偏差为撑杆长度的1/150，且不大于50mm；索力监控预警值为理论值的±5%；

在张拉过程中将测量数据与计算的理论值进行比较，如果出现较大异常应停止张拉，待找到原因并确定解决方案后再继续张拉。