大噸位大跨度的空間懸挑結(jié)構(gòu)的整體提升施工

1、大噸位大跨度的空間懸挑結(jié)構(gòu)的整體提升施工1 工程概況東航西安維修基地新機(jī)庫(kù)建成后成為空客系列在西北地區(qū)功能最完善的大修中心.其建筑面積約13 000 m2,機(jī)庫(kù)大廳平面呈長(zhǎng)方形,長(zhǎng)度為155 m,寬度為85 m,其屋蓋由大廳部分的鋼網(wǎng)架和大門(mén)鋼桁架組成,形成三面支承、門(mén)架側(cè)一面敞開(kāi)的鋼結(jié)構(gòu)組合體系(圖1).該結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)是大門(mén)桁架部分形成大噸位大跨度的空間懸挑結(jié)構(gòu),施工采用液壓控制同步提升的方案.2 結(jié)構(gòu)概況機(jī)庫(kù)大廳采用3 層正交斜放焊接球網(wǎng)架,網(wǎng)格尺寸6 m×6 m,矢高為3 m+3 m,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)質(zhì)量為1 380 t,網(wǎng)架在東、南、西三面共由28 個(gè)設(shè)置在鋼筋混凝土排架柱上的固

2、定球鉸鋼支座支承.北面敞開(kāi)設(shè)機(jī)庫(kù)大門(mén),大門(mén)桁架采用焊接箱型梁及焊接H型鋼組成,外桁架HJ-1呈懸挑狀,水平懸挑5 m,質(zhì)量580 t,內(nèi)桁架HJ-2兩端通過(guò)萬(wàn)向球鉸支座支承,桁架下弦標(biāo)高22 m,高度為14 m,高度上相對(duì)網(wǎng)架上弦平面垂直懸挑7 m(圖2).桁架部分總質(zhì)量約1 180 t,跨度155 m.鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)均為Q345B.3 施工難點(diǎn)1-3(a)大門(mén)桁架懸挑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)大噸位及大跨度的特點(diǎn),這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上在國(guó)內(nèi)尚屬少見(jiàn),該結(jié)構(gòu)也堪稱(chēng)西北第一跨,對(duì)設(shè)計(jì)施工、組織管理等方面綜合技術(shù)的應(yīng)用提出了較高要求.(b)整體屋蓋鋼結(jié)構(gòu)由鋼網(wǎng)架和鋼桁架組成,網(wǎng)架和桁架的結(jié)構(gòu)覆蓋面積比為161,但質(zhì)量比為1.

3、171,整體重心顯著偏向懸挑端.(c)根據(jù)整體有限元模型計(jì)算結(jié)果,桁架的單個(gè)吊點(diǎn)提升反力達(dá)到8 805 kN,2 個(gè)桁架吊點(diǎn)總的反力達(dá)到了整個(gè)提升重量的1/2以上.(d)桁架相對(duì)網(wǎng)架上弦平面垂直懸挑7 m,在提升過(guò)程中對(duì)整體穩(wěn)定性有一定影響,需要分析提升不同工況下連接桿件的應(yīng)力變化情況,保證結(jié)構(gòu)安全.4 總體方案(a)共設(shè)16 個(gè)結(jié)構(gòu)提升點(diǎn),每個(gè)提升點(diǎn)在柱頂設(shè)置格構(gòu)式提升架,安裝液壓提升器(圖3),將大門(mén)鋼桁架和網(wǎng)架在投影位置地面拼裝成型,用液壓提升器將鋼屋蓋整體提升到安裝位置,再補(bǔ)空安裝周邊支座和桿件,最后結(jié)構(gòu)成型并整體卸載.(b)根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際提升方案,建立整體有限元模型,采用MIDAS/

4、GEN 8.0進(jìn)行空間分析和計(jì)算,根據(jù)各提升點(diǎn)的反力值進(jìn)行提升架設(shè)計(jì)、提升器配置及加固設(shè)計(jì).(c)桁架的提升點(diǎn)設(shè)在桁架HJ-2兩側(cè)共2 個(gè),上吊點(diǎn)用集群液壓提升器提供該點(diǎn)8805kN的提升力,下錨點(diǎn)設(shè)在桁架下弦的鋼托梁底部.(d)網(wǎng)架部分共設(shè)置14 個(gè)提升點(diǎn),上吊點(diǎn)提升油缸設(shè)置在排架柱頂?shù)奶嵘苌?提供最大827 kN的提升力,下吊點(diǎn)利用增加的臨時(shí)桿件和節(jié)點(diǎn),在高空補(bǔ)空桿件安裝以后將其拆除.5 配套設(shè)計(jì)及技術(shù)措施4-85.1 桁架提升體系(a)由于桁架的單個(gè)吊點(diǎn)提升反力達(dá)到8 805 kN,為了解決大噸位級(jí)提升力的需要,桁架吊點(diǎn)設(shè)計(jì)采用4 個(gè)3 500 kN液壓提升器共同作用,經(jīng)過(guò)2 個(gè)并列的

5、格構(gòu)柱型式提升架使支承柱受載.通過(guò)鋼絞線連接上、下吊點(diǎn),提升器的提升力通過(guò)上吊點(diǎn)-鋼絞線-錨具-支承結(jié)構(gòu)-桁架(網(wǎng)架)的途徑傳遞,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體提升.同時(shí)設(shè)置后側(cè)預(yù)拉力錨點(diǎn),預(yù)拉力點(diǎn)采用2 臺(tái)2 000 kN提升器,提升過(guò)程中與主吊點(diǎn)按比例同步加載,預(yù)拉力均預(yù)緊到1500kN.(b)桁架支承柱柱頂標(biāo)高為+21.08m,在土建施工的同時(shí)安裝提升架預(yù)埋件,實(shí)現(xiàn)提升體系與土建混凝土柱之間承載力的有效傳遞.(c)桁架提升架主體結(jié)構(gòu)由箱型梁和箱型立柱組成,側(cè)面為π字形,高度5m(圖5).構(gòu)造設(shè)計(jì)既要考慮承載力要求,也要考慮桿件空間位置的要求,即不能出現(xiàn)提升架與補(bǔ)空構(gòu)件干涉的情況.經(jīng)計(jì)算,得出施加預(yù)

6、拉力對(duì)提升架結(jié)構(gòu)受力有明顯效果.(d)桁架下吊點(diǎn)處將HJ-2端部斷開(kāi),提升受力點(diǎn)設(shè)在下弦,形成型鋼扁擔(dān)梁形式,并增加加固桿件對(duì)下弦補(bǔ)強(qiáng)加固.(e)桁架提升架預(yù)拉力由設(shè)在桁架混凝土柱承臺(tái)內(nèi)的地錨提供,地錨承載力由預(yù)埋側(cè)板與混凝土之間的摩擦力和粘結(jié)力、下部橫向錨板的錨固力及橫銷(xiāo)的錨固力3 部分組成.該方案的提升預(yù)拉力設(shè)置有效解決了提升重量平衡力的問(wèn)題,根本性地改善了混凝土柱的偏心受力狀況.5.2 網(wǎng)架提升體系(a)網(wǎng)架提升架采用三角形格構(gòu)柱,3 個(gè)立柱呈品字形布置,前1 根立柱軸心受壓,后2 個(gè)受拉,高度為2.5 m.其優(yōu)點(diǎn)在于保證提升架受拉側(cè)強(qiáng)度的同時(shí)提高了穩(wěn)定性,也便于提升到位后周邊網(wǎng)架桿件的

7、高空補(bǔ)空.(b)下吊點(diǎn)按柱軸線與網(wǎng)架吊點(diǎn)的位置關(guān)系設(shè)置,吊點(diǎn)相對(duì)網(wǎng)架下弦下移500 mm,使5 根輔助桿件同時(shí)受力.5.3 排架柱受力校核(a)提升時(shí),網(wǎng)架排架混凝土柱處于偏心受力狀態(tài),需要對(duì)柱的強(qiáng)度及穩(wěn)定性進(jìn)行校核驗(yàn)算,保證排架柱體系安全.(b)混凝土柱的驗(yàn)算內(nèi)容有:柱體受壓強(qiáng)度驗(yàn)算、柱頂預(yù)埋件的驗(yàn)算、柱頂局部受壓承載力驗(yàn)算.桁架、網(wǎng)架的提升點(diǎn)混凝土柱按最不利的工況取荷載值,計(jì)算結(jié)果均應(yīng)在允許范圍內(nèi).(c)在正式提升前,將排架柱之間的連系桿件和柱間支撐都安裝完成,使排架柱形成整體受力體系,以提高提升受力體系的安全度和可靠度.5.4 提升狀態(tài)模擬分析結(jié)構(gòu)提升過(guò)程中,16 個(gè)提升點(diǎn)之間所有可能的

8、最大位移差的組合很多.從這些組合中針對(duì)桁架結(jié)構(gòu)處于大噸位水平和垂直懸挑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇較為不利的16 種工況對(duì)結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力進(jìn)行分析,對(duì)于應(yīng)力比大于0.9的桿件進(jìn)行截面替換,對(duì)于網(wǎng)架與桁架交界處的連接桿件重點(diǎn)對(duì)待.5.5 同步度控制工程實(shí)施采用了先進(jìn)的流量分配控制系統(tǒng),即計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成傳感器-計(jì)算機(jī)-泵源比例閥-液壓提升器-提升架結(jié)構(gòu)的閉環(huán)系統(tǒng),提升過(guò)程由傳感器實(shí)時(shí)采集位移檢測(cè)信號(hào)、計(jì)算機(jī)計(jì)算其差值、系統(tǒng)自動(dòng)均衡液壓流量,從而控制整個(gè)提升過(guò)程的同步性.6 提升過(guò)程6.1 結(jié)構(gòu)預(yù)提升(a)液壓油缸按20%、40%、60%、80%、100%的比例分級(jí)加載,直到使結(jié)構(gòu)整體離地,提升高度約300

9、mm時(shí),懸停≥8h.(b)檢測(cè)提升點(diǎn)的位置和標(biāo)高,與初始標(biāo)高的理論值進(jìn)行比較并調(diào)整,確定同步提升的標(biāo)高初始值.(c)用經(jīng)緯儀在側(cè)面觀測(cè)地面上主桁架和上部桁架之間的對(duì)接口位置情況,如有偏差要調(diào)整吊點(diǎn)預(yù)處理,確保一次性提升到位對(duì)接成功.6.2 同步提升(a)整個(gè)屋蓋大廳鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量2 560 t,提升系統(tǒng)對(duì)每個(gè)提升吊點(diǎn)的液壓提升器施以均恒的油壓,吊點(diǎn)以恒定的載荷力將結(jié)構(gòu)向上提升,保持初始狀態(tài)直至提升到預(yù)定高度.(b)采取位移同步控制措施,通過(guò)位移傳感器實(shí)時(shí)向系統(tǒng)控制中心傳遞提升位移的數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)處理一旦發(fā)現(xiàn)超差則自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整,對(duì)桁架懸挑端重點(diǎn)監(jiān)測(cè)同步度、垂直度及撓度變化值,使提升過(guò)程各吊點(diǎn)之

10、間標(biāo)高不同步偏差控制在15mm以?xún)?nèi).(c)整體提升的速度取決于液壓泵站的流量、錨具切換和其他輔助工作所占用的時(shí)間.經(jīng)實(shí)際測(cè)算,提升速度約200250 mm/min,在液壓油缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)各點(diǎn)的載荷會(huì)增加2%,在計(jì)算中考慮了1.1的動(dòng)載系數(shù),啟動(dòng)和制動(dòng)加速度為0.2 m/s2,加速度極小,保證了整體懸挑結(jié)構(gòu)的同步平穩(wěn)提升.6.3 高空補(bǔ)空安裝結(jié)構(gòu)整體提升至設(shè)計(jì)位置后,各吊點(diǎn)微調(diào)使桁架和網(wǎng)架精確提升到達(dá)設(shè)計(jì)位置,然后補(bǔ)充安裝周邊桿件,完成后,網(wǎng)架及桁架整體卸載落位于球鉸支座上,最后拆除提升系統(tǒng)設(shè)備和提升支架,完成整個(gè)提升施工的過(guò)程.7 結(jié)語(yǔ)該工程順利完成大噸位大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體同步

11、提升,對(duì)比桁架提升架體系計(jì)算值與實(shí)測(cè)值:懸挑結(jié)構(gòu)提升的技術(shù)指標(biāo)在可控范圍內(nèi).施工安裝完成后鋼網(wǎng)架、鋼桁架縱橫向長(zhǎng)度偏差、支座中心偏移、撓度值等指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求.施工方案在技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量保證、縮短工期、經(jīng)濟(jì)性合理之間取得了最佳結(jié)合,為同類(lèi)型工程積累了施工技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn).參 考 文 獻(xiàn)1 陳志闊.超大體量鋼結(jié)構(gòu)屋蓋整體提升技術(shù)的研究與應(yīng)用J.建筑施工,2010(3):237-239.2 李建全,陳至誠(chéng),匡禮毅,等.浦東機(jī)場(chǎng)波音機(jī)庫(kù)鋼屋蓋結(jié)構(gòu)液壓整體提升施工技術(shù)J.鋼結(jié)構(gòu),2010(8):65-67,82.3 郭彥林.郭宇飛,劉學(xué)武.大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋落架分析方法J.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007(1):52-58.4 張弓,李旻,張福川.大跨度鋼桁架拼裝技術(shù)J.建筑技術(shù),2010(6):497-499.5 余士奇,張卓陽(yáng).鋼屋蓋主桁架球形