超大懸挑異形鋼桁架安裝和過程監(jiān)控施工工法

1、超大懸挑異形鋼桁架安裝和過程監(jiān)控施工工法1刖百在武漢建工股份有限公司承建的辛亥革命博物館新建工程中，博物館三層至屋面外尖頭飛檐部分有大跨度懸挑異形重鋼桁架結(jié)構(gòu)（見圖1.1和圖1.2）,為V形對稱的四棉鋼桁架，桁 架忌挑跨度達到38m桁架間設(shè)有縱向桁架支撐，結(jié)構(gòu) 復朵。針對這種復雜的超大忌挑異形 重鋼桁架結(jié)構(gòu)， 總結(jié)了 - ?套完整的安裝和卸載施工方法，并且在施工過程中,融入了計算機 仿真分析和施工過程同步監(jiān)控，將實用的結(jié)構(gòu)測試技術(shù)、現(xiàn)場計算分析技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)應用于施工，結(jié)合施工過程形成結(jié)構(gòu)計算分析、監(jiān)測及反饋控制系統(tǒng)。通過施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)測試，跟蹤計算分析得出合理的反饋控制措施，給施工過程中

2、結(jié)構(gòu)“力”與“形”的變化提供決策性技術(shù)依據(jù)，也對過程中彈性變形和剛體位移問題進行綜合分析，幫助工程技術(shù)人員更加全面、真實地把握結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力變形情況，確保各種工況下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)符合設(shè)計要求，真正實現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)生命周期全過程）學性能的評估。2工法特點結(jié)構(gòu)安全性好。安裝過程由懸挑固定端向懸挑端施工，桁架逐步形成穩(wěn)定體系.小行 程等距循環(huán)？步卸載，卸載過程中桁架桿件內(nèi)力變化平緩，避免了應力突變。利用計算機仿真、計算參數(shù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)對比以及反饋技術(shù)指導施工，為鋼結(jié)構(gòu)施工提供了一體化協(xié)同時變分析系統(tǒng)，確保結(jié)構(gòu)安裝安全及受力狀態(tài)符合設(shè)計要求。卸3操作簡便，成本低，環(huán)保性好。采用手動螺旋式千斤頂，操作直觀

3、，動作準確，并且經(jīng)濟、簡單、適用，較計算機中控液壓式千斤頂?shù)馁M用大幅降低，同時無能源消耗，無 污染。3適用范圍本工法適用于大型公共建（構(gòu)）筑物中，具有復雜立面、曲而外形，超大以及超長跨度的懸挑重鋼桁架結(jié)構(gòu)施工。4工藝原理主要工藝原理是采用臨時支撐體系和空中散裝結(jié)合的安裝工藝，在結(jié)構(gòu)組裝完成后拆除臨時支撐。在臨時支撐搭設(shè)前，分階段適時模擬安裝和卸載過程，用計算參數(shù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比來指導鋼桁架安裝和卸載操作，并確保安裝過程和卸載過程中的安裝精度和結(jié)構(gòu)秘定。首先，以計算機建模分析為基礎(chǔ)，對桁架安裝和卸載過程中結(jié)構(gòu)的控制性工況狀態(tài)進行計算機模擬分析，給出安裝和卸載時的結(jié)構(gòu)位移、構(gòu)件內(nèi)力應力、支撐和約束

4、條件的目標值等，并對各安裝步驟和卸載步驟需要滿足的條件和注意事項預見性地給出相應的要求和指導。其次，在桁架安裝和卸載過程中以監(jiān)測、監(jiān)控為手段，進行施工階段性的結(jié)構(gòu)位移、應力、變形的實時監(jiān)測值和模擬值對比。當對比值結(jié)果出現(xiàn)較大偏差時，需分析原因，必要時進行矯正或糾偏，以確保后續(xù)步驟順利及最終成型符合設(shè)計要求。5施工工藝流程及操作要點工藝流程(見圖5.1 )建立鋼結(jié)構(gòu)桁架深化設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析模型圖5.1工藝流程操作要點建立鋼桁架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析模型建立鋼桁架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計模型。通過分析深化設(shè)計模型，指導工廠的數(shù)控下料、構(gòu)件組裝、焊接成型、預拼裝等工序。確定鋼桁架制作和安裝方案。建立鋼桁架結(jié)構(gòu)仿真

5、分析模型，模擬各種工況，分析在不同工況卜-全過程中桁架的受力狀態(tài)和變形狀態(tài)，對受力不利和變形較大的部位進行全天重點監(jiān)控。鋼桁架構(gòu)件制作和預拼裝.根據(jù)數(shù)控下料情況進行鋼桁架構(gòu)件制作。.鋼桁架構(gòu)件應在工廠內(nèi)將整個鋼桁架分段進行預拼裝。.2.3對鋼桁架構(gòu)件制作和預拼裝過程監(jiān)控在制作過程中應對成型的構(gòu)件焊縫進行全超探檢查；對鋼桁架構(gòu)件制作和預拼裝過程采用全站儀進行監(jiān)控。將監(jiān)控值與設(shè)計和分析值進行對比，隨時對預拼裝結(jié)果進行修正，對應力和變形較大的節(jié)點進行應力監(jiān)測和拍 X片檢查。.2.4鋼桁架現(xiàn)場分段安裝.通過仿真模擬對安裝步驟和順序進行優(yōu)化比選，依據(jù)分析結(jié)果對方案進行調(diào)整，最后確 定 安裝步驟和順序，確

6、保桁架在現(xiàn)場拼裝的每一步為結(jié)構(gòu)不變體系。.鋼桁架構(gòu)件現(xiàn)場安裝對預拼裝的構(gòu)件進行預檢和岌檢，預拼裝的構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)加工廠質(zhì)檢部門預檢的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場安裝項目部要進廠對制造質(zhì)量進行復檢，合格后方可出廠，不允許不合格構(gòu)件進入安裝現(xiàn)場。對桁架支座的連接點進行復測。搭設(shè)桁架局部承重支撐體系，支撐體系的位置、大小和數(shù)量應通過工況模擬計算確定,弁根據(jù)受力情況進行設(shè)計和搭設(shè)。支撐體系措設(shè)以辛亥革命博物館工程為例見圖5.2.4-1,63X-X 600-600M500+0,000圖5.241懸挑鋼桁架支撐體系桁架構(gòu)件吊裝：冬根桁架的安裝順序應嚴格按照計算機模擬分析的過程進行安裝，以 辛 亥革命博物館為例：先安裝下一弦

7、，焊接成整體后，再安裝腹桿，只進行連接處螺栓的初擰,接下來再安裝上弦，校正好腹桿和上弦后，最后進行焊接，即從下往上安裝。整個慫挑鋼桁 架的安 裝順序則是從與內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接的固定端向忍挑部分延伸安裝。在吊裝過程中為了保證施工安全，懸挑鋼桁架構(gòu)件在延伸的過程中與內(nèi)部結(jié)構(gòu)可連接時，應立即連接，尤其是剛性連接節(jié)點，在校正好后，優(yōu)先焊接牢固，使其形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。桁架的自重均作用在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，而不是承至支撩體系上。如此盡量利用原有的結(jié)構(gòu)來承載，減小臨時支撐的負載。吊裝完畢后進行初檢，弁進行垂直度、軸線、標高的調(diào)整。桁架進行下-棉構(gòu)件的安裝，直至所有構(gòu)件吊裝完畢。鋼桁架安裝順序和安裝過程以辛亥革命博物館為例，見

8、圖 5,2.4-2和圖524-3 圖5,2A3懸挑鋼桁架吊裝過程圖5.2.5鋼桁架安裝過程監(jiān)控在鋼桁架現(xiàn)場安裝過程中，隨著分階段安裝的實施，應在構(gòu)件上設(shè)齒應力和變形監(jiān)測點,這些監(jiān)測點分別通過應變傳感崩和位移傳感器的設(shè)置來實現(xiàn)應力和變形的監(jiān)測C.監(jiān)測點的設(shè)冒要求I）應力監(jiān)測點的設(shè)置應根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特征來布置監(jiān)測點，測量部位主要集中于鋼桁架的弦桿等內(nèi)力較大的截面，要嚴格按照能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力與方向的實際情況來布設(shè)，從而能夠真實準確的反映構(gòu)件的工作狀態(tài)。2）變形監(jiān)測點的設(shè)置要有合理的密度，應能反映結(jié)構(gòu)的兒何形態(tài)和兒何變形情況，弁易 于布 設(shè)，施測方便，以滿足施工監(jiān)測精度高，速度快的要求。.傳感器的布設(shè)

9、操作要求： TOC o 1-5 h z 傳感器安裝時，先在鋼結(jié)構(gòu)表面放線，偷定傳感器安裝位置，然后在安裝位置的鋼結(jié)構(gòu)表面進行打磨，打磨范圍約為 50mmx 150mm;小。將應變計自帶的基座拆下，裝入安裝模板。通過點焊基座的方式，將安裝模板焊接在鋼結(jié)構(gòu)表面，形成螺栓，點焊位置及安裝城板如圖5.2.5-10|安予模板一L詠圖5.2.5-1安裝模板與鋼結(jié)構(gòu)焊接示意圖將安裝模板取下，將應變計裝入冷卻后的基座內(nèi)，兩邊帶上M6的螺母，先擰緊，如 圖525-2 安裝示意圖”中左側(cè)基座（即沒有調(diào)節(jié)螺母的一端）。再擰緊時為防止被擰緊螺母帶動應變計，導致應變計扭曲，應在擰緊螺母的同時用手扶著左側(cè)的端座施加反力。

10、4）測量應變計讀數(shù)，調(diào)整調(diào)節(jié)螺母（見圖525-2 0勺6號零件）將應變值調(diào)整在 1500八6左 右，若結(jié)構(gòu)體受力變形較大，受壓應變值應調(diào)至2800匹左右，再擰緊圖5.2.5-2中右側(cè)基座,擰緊時為防止被擰緊的螺母帶動應變計，導致應變計扭曲，應在擰緊螺母的同時用手扶著右側(cè)的端座施加反力。最后將應變計上的調(diào)節(jié)螺母完全旋松，用小鐵錘輕擊左右端，防止螺母虛假鎖死。測 量應變值應能穩(wěn)定、否則要更新安裝。安裝好傳感器后，將傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線綁扎在鋼構(gòu)件表面，引至方便到達和測量的地點。到達指定的工況時用便攜式數(shù)據(jù)采集箱采集數(shù)據(jù)。對鋼桁架分段安裝過程逐步成型的結(jié)構(gòu)進行成力和變形的過程監(jiān)測，弁進行分析，反饋調(diào)整

11、現(xiàn)場安裝工作。2.6鋼桁架卸載施工.通過計算機仿真模擬計算分析，對卸載步驟和順序進行優(yōu)化比選，確定最優(yōu)卸載方案。.在卸載之前對結(jié)構(gòu)進行一次系統(tǒng)全面的應力和變形的監(jiān)測。.預卸載為能夠進一步了解承重結(jié)構(gòu)的變化情況，在卸載前一天進行預卸載，千斤頂行程為 5mm.預卸 載完畢后對卸載部位承重架的變化情況、千斤頂?shù)牟?-降高度、結(jié)構(gòu)焊縫的質(zhì)晨情況及桁 架撓度 的變化情況進行一次全面的檢查。各項檢查合格無誤后，才可進行正式卸載。.正式卸載，采用同步等距循環(huán)卸載，操作步驟如下：完成所有卸載千斤頂?shù)牡囟噳汉透呖招遁d點的布置。卸載T?斤頂對主結(jié)構(gòu)卜.弦桿對應位置的頂緊，同時完成結(jié)構(gòu)整體外形的測雖驗收工.作。將

12、原安裝支撐點移去每次卸載量相應高度的墊塊或?qū)⒅吸c頂部割除相應高度，行程 為5mm o同步將上排的千斤頂下落，使桁架下弦再次與支撐點接觸。調(diào)整千斤頂?shù)乃轿恍?，使其保持垂直狀態(tài)和對應支撐點，消除水平位移影響。再次頂緊千斤頂。將原安裝支撐點再次移去每次卸載量相應高度的墊塊或?qū)⒅吸c頂部割除相應高度。重岌以上操作，在每次卸載量完成后，對各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行讀取，并同理論計算數(shù)據(jù)相比較，指導后續(xù)卸載過程。直至將整體主結(jié)構(gòu)卸我到位。卸載點詳圖見圖5.2.6 。5.卸載應急預案對于卸載過程中發(fā)生的各種突發(fā)事件，宜按表5.2.6確定對應處理措施進行處理。圖5.2.6卸載節(jié)點詳圖表5.2.6卸載過程應急預案序

13、號分類去現(xiàn)形式處理方法1動力故障千斤頂未能提供預測的頂升力更換千斤頂2動力故障千斤頂油路不暢添加潤滑油或更換油管3計算差異卸載過程中，未達到卸載位 移量時，單點失去支撐力回頂i次，接觸為止，隨卜步卸載，至再次脫離為止4計算差異卸載過程中，達到計算的位移景，單點支撐力仍然較大全面檢查結(jié)構(gòu)狀態(tài)，確定是否繼續(xù)卸我，或給定卜個位移截止值， 修正卸載順序，繼續(xù)卸載5計算差異卸載點局部受壓破壞立即停止卸藪，用墊塊或墊片將支撐點楔緊使各點保持到 原支撐狀態(tài)。加大千斤頂墊塊尺寸6結(jié)構(gòu)受形鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常響聲對出現(xiàn)異常部位進行檢查，確認無誤后，繼續(xù)卸載：否則進行加固處理7重大差異突破設(shè)計院的最大位移截 止值，仍后

14、較大支撐力現(xiàn)場暫時停止卸載，弁將各點 保持到原支撐狀態(tài)，設(shè)計院詳細 核算，以及全面檢查鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量情況后，確定是否繼續(xù)卸載8承重架體變形監(jiān)測到的承重架體變形大于原要求調(diào)整千斤頂位置，確保最小的 偏心作用，調(diào)整臨近的千斤頂 頂升力，加固承重架體9天氣突發(fā)雷雨天氣立即停止卸載，用墊塊將支撐點楔緊使各 點保持到原支撐狀態(tài)。雨后全面檢查后恢 復卸載鋼桁架卸我過程監(jiān)控卸載完成后24小時內(nèi)對鋼桁架分階段進行 4次監(jiān)測，4次監(jiān)測時間為卸我完后1小時、6小時、12小時和24小時。為了減少溫度變化對鋼桁架的影響，卸載-般在早晨或晚上完成，具24小時內(nèi)的監(jiān)測也應該在早晨或晚上完成。鋼桁架后期分階段加荷成型監(jiān)控鋼桁架

15、成型后，在每進行一次樓板結(jié)構(gòu)施工和二次維護結(jié)構(gòu)施工前后，對布置在鋼桁架上的監(jiān)測點進行監(jiān)測。在進行鋼桁架外裝飾施匚階段前后，對布置在鋼桁架上的監(jiān)測點進行監(jiān)測。在全部荷載施加完成后，對布置在鋼桁架上的監(jiān)測點進行監(jiān)測。鋼桁架結(jié)構(gòu)驗收依據(jù)過程監(jiān)控資料、現(xiàn)場感觀，編制鋼結(jié)構(gòu)驗收資料，經(jīng)過各個相關(guān)責任單位同意通過驗收。6材料與設(shè)備主要材料與設(shè)備見表6表6主要材料和設(shè)備1號名稱數(shù)量用途1塔吊2座吊裝鋼構(gòu)件2汽車吊3臺吊裝鋼構(gòu)件3全站儀1臺測量空間坐標4經(jīng)緯儀1臺控制構(gòu)件垂直度5監(jiān)測設(shè)備應力應受監(jiān)測6千斤頂每卸載點一臺頂開用7電焊機焊接構(gòu)件8對講設(shè)備同卸載人員數(shù)最信息溝通9連接螺栓連接鋼構(gòu)件10螺栓扭矩扳手螺

16、栓緊國用11氣焊割槍2臺切割構(gòu)件12吊索具吊裝構(gòu)件13扣件式鋼管措設(shè)承重支撐體系7質(zhì)量控制本工法實施中應滿足以下標準要求：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003),鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50205-2001),建 筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程(JGJ81-2002),銅結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接的設(shè)計、施工及驗收規(guī)程(JGJ82-91),工程測量規(guī)范(GB50026-2007)。吊索具應符合設(shè)計要求與相應企業(yè)標準。鋼桁架構(gòu)件的預檢和復檢構(gòu)件的預檢在鋼結(jié)構(gòu)加工廠質(zhì)檢部門檢查的基礎(chǔ)上，項目部根據(jù)現(xiàn)場安裝進度要求構(gòu)件清單監(jiān)悴制造部門是否按要求配套加：:,避免由于加工構(gòu)件不配套造成現(xiàn)場安裝間斷，影響安裝工期和

17、質(zhì)雖。預檢：鋼材材質(zhì)的成品質(zhì)坡證明及復驗報告，焊條、焊絲材質(zhì)的成品質(zhì)量證明書及復凝報告，構(gòu)件焊縫外觀及超聲波探傷報告，以及實際偏差等資料，訕錄預檢的所仃資料；構(gòu)件外觀檢查包括：鋼構(gòu)件的幾何尺寸、連接板零件的位置、角度、螺栓孔直徑及位置，焊縫的坡口，節(jié)點摩擦面，附件的數(shù)量及規(guī)格等。夏檢：對進場構(gòu)伯現(xiàn)場項目材料員、質(zhì)量員應按照構(gòu)件發(fā)運清單及相關(guān)技術(shù)標準、規(guī)范及設(shè)計文件進行清點，核查。對構(gòu)件制作過程中形成的各項技術(shù)資料進行核查。焊接檢馬僉所有焊縫均需由焊接工長 100%S行目視檢查，并記錄成表。設(shè)計-,級焊縫的必須進行100%g聲波無損檢測，設(shè)計二級焊縫的必須進行20%勺超 聲波無損檢測，檢測質(zhì)量必

18、須達到相應規(guī)范要求0焊縫表面嚴禁有裂紋、夾渣、焊痛、咬肉、氣孔等缺陷。對焊道尺寸、焊角尺寸、焊喉進行檢查記錄。焊縫UT探傷應在焊縫外觀尺寸檢查合格后進行，并必須在焊縫冷卻24小時后進行。探傷人員必須具有二級探傷資格證，出具報告者必須是三級探傷資質(zhì)人員。探傷不合格處必須返修，在探傷確定缺陷位置兩端各加50mm青除范圍，用碳弧氣 刨進行清除，在深度上也應保證缺陷清理干凈，然后再按焊接工藝要求進行補焊。傳感器的監(jiān)測時間-般宜選擇溫差較小的晚上或早晨。卸載過程注意事項卸載前進行精密細致的前期準備，組織所仃參與人員對實施方案和應急預案進行詳細交底。卸載過程中嚴格控制各卸載點卸載位移的同步精度，確定各卸我

19、點不同步精度控制在2mm范圍內(nèi)。卸載過程中要及時處理結(jié)構(gòu)本體的應力應變監(jiān)測數(shù)據(jù)，對發(fā)生卸載點應力超過設(shè)計要求的點要及時處理，確保卸載過程中結(jié)構(gòu)本體的安全。8安金措施所有施工人員進入淌工現(xiàn)場必須帶好安金帽、系好安全帶、穿好防滑鞋。工人在腳手架面禁從架上上作業(yè)，必須掛好安全帶，為防止意外，安全帶要掛在主鋼結(jié)構(gòu)上。在任何情況下，嚴 向下拋擲材料及其他物品。禁從架上卸載前要仔細檢查各卸載點的構(gòu)造處理情況和千斤頂工作性能，保證符合技術(shù)要求。卸載過程中，禁止隨意拆除腳手架的基本構(gòu)架桿件，以防止破壞腳手架的整體性，卸 載過 程中需要拆除的部分桿件必須經(jīng)主管人員同意，采取相應的補救措施，方可拆除。在每步卸載作

20、業(yè)完成之后，必須將架上剩余材料物品移走，清理腳手架面上的多余物品，防止墜落傷人。汽車吊的行駛道路必須堅實可靠，吊車不得停置在斜坡上工作，防止汽車吊傾覆。暑期施工注意防暑降溫，冬季施工注意防凍防滑。9環(huán)保措施購置環(huán)保儀器設(shè)備，選用無放射和灼熱類型的全站儀，避免在使用過程中灼傷人的眼睛。采取措施保證切割操作時產(chǎn)生的火花不會引起火災。本工法采用的是螺旋式千斤頂，無噪聲污染。施工時應對施工廢料進行集中收集和分類，并按照國家和地方環(huán)保要求進行相應處理。應嚴格遵守國家相關(guān)職業(yè)健康法規(guī)，保證場內(nèi)作業(yè)人員的安全，并保持生活區(qū)的衛(wèi)生。10效益分析通過應用該工法的施工工藝和監(jiān)控技術(shù)，使大懸挑異形重鋼桁架能夠安全的進行施工，施工過程中桁架能保持穩(wěn)定狀態(tài)，質(zhì)量也得到保證 ，并且成型后能滿足設(shè)計要求，其觀 感效果好，相 比常規(guī)的滿堂支撐和卸載方式總造價節(jié)約了 43萬元。該工法的施工工藝和監(jiān)控技術(shù)為復雜性逐步上升的鋼桁架施工提供了一體化和精細化的施工分析與控制結(jié)合技術(shù)，即在鋼桁架的施工中引入