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大噸位大跨度的空間懸挑結(jié)構(gòu)的整體提升施工論文
1 工程概況
東航西安維修基地新機庫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，機庫大廳平面呈長方形，長度為155 m，寬度為85 m，其屋蓋由大廳部分的鋼網(wǎng)架和大門鋼桁架組成，形成三面支承、門架側(cè)一面敞開的鋼結(jié)構(gòu)組合體系（圖1）。該結(jié)構(gòu)最大的特點是大門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
機庫大廳采用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 個設(shè)置在鋼筋混凝土排架柱上的固定球鉸鋼支座支承。北面敞開設(shè)機庫大門，大門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—2兩端通過萬向球鉸支座支承，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[1—3]
�。╝）大門桁架懸挑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)大噸位及大跨度的特點，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計上在國內(nèi)尚屬少見，該結(jié)構(gòu)也堪稱"西北第一跨"，對設(shè)計施工、組織管理等方面綜合技術(shù)的應(yīng)用提出了較高要求。
�。╞）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16∶1，但質(zhì)量比為1。17∶1，整體重心顯著偏向懸挑端。
�。╟）根據(jù)整體有限元模型計算結(jié)果，桁架的單個吊點提升反力達到8 805 kN，2 個桁架吊點總的反力達到了整個提升重量的1/2以上。
�。╠）桁架相對網(wǎng)架上弦平面垂直懸挑7 m，在提升過程中對整體穩(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
�。╝）共設(shè)16 個結(jié)構(gòu)提升點，每個提升點在柱頂設(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，再補空安裝周邊支座和桿件，最后結(jié)構(gòu)成型并整體卸載。
�。╞）根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際提升方案，建立整體有限元模型，采用MIDAS/GEN 8。0進行空間分析和計算，根據(jù)各提升點的反力值進行提升架設(shè)計、提升器配置及加固設(shè)計。
�。╟）桁架的提升點設(shè)在桁架HJ—2兩側(cè)共2 個，上吊點用集群液壓提升器提供該點8805kN的提升力，下錨點設(shè)在桁架下弦的鋼托梁底部。
�。╠）網(wǎng)架部分共設(shè)置14 個提升點，上吊點提升油缸設(shè)置在排架柱頂?shù)奶嵘苌�，提供最�?27 kN的提升力，下吊點利用增加的臨時桿件和節(jié)點，在高空補空桿件安裝以后將其拆除。
5 配套設(shè)計及技術(shù)措施[4—8]
5。1 桁架提升體系
（a）由于桁架的單個吊點提升反力達到8 805 kN，為了解決大噸位級提升力的需要，桁架吊點設(shè)計采用4 個3 500 kN液壓提升器共同作用，經(jīng)過2 個并列的格構(gòu)柱型式提升架使支承柱受載。通過鋼絞線連接上、下吊點，提升器的提升力通過上吊點—鋼絞線—錨具—支承結(jié)構(gòu)—桁架（網(wǎng)架）的途徑傳遞，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體提升。同時設(shè)置后側(cè)預(yù)拉力錨點，預(yù)拉力點采用2 臺2 000 kN提升器，提升過程中與主吊點按比例同步加載，預(yù)拉力均預(yù)緊到1500kN。
�。╞）桁架支承柱柱頂標(biāo)高為+21。08m，在土建施工的同時安裝提升架預(yù)埋件，實現(xiàn)提升體系與土建混凝土柱之間承載力的有效傳遞。
�。╟）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)提升架與補空構(gòu)件干涉的情況。經(jīng)計算，得出施加預(yù)拉力對提升架結(jié)構(gòu)受力有明顯效果。
�。╠）桁架下吊點處將HJ—2端部斷開，提升受力點設(shè)在下弦，形成型鋼扁擔(dān)梁形式，并增加加固桿件對下弦補強加固。
�。╡）桁架提升架預(yù)拉力由設(shè)在桁架混凝土柱承臺內(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
�。╝）網(wǎng)架提升架采用三角形格構(gòu)柱，3 個立柱呈品字形布置，前1 根立柱軸心受壓，后2 個受拉，高度為2。5 m。其優(yōu)點在于保證提升架受拉側(cè)強度的同時提高了穩(wěn)定性，也便于提升到位后周邊網(wǎng)架桿件的高空補空。
�。╞）下吊點按柱軸線與網(wǎng)架吊點的位置關(guān)系設(shè)置，吊點相對網(wǎng)架下弦下移500 mm，使5 根輔助桿件同時受力。
5。3 排架柱受力校核
（a）提升時，網(wǎng)架排架混凝土柱處于偏心受力狀態(tài)，需要對柱的強度及穩(wěn)定性進行校核驗算，保證排架柱體系安全。
�。╞）混凝土柱的驗算內(nèi)容有：柱體受壓強度驗算、柱頂預(yù)埋件的驗算、柱頂局部受壓承載力驗算。桁架、網(wǎng)架的提升點混凝土柱按最不利的工況取荷載值，計算結(jié)果均應(yīng)在允許范圍內(nèi)。
�。╟）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)提升過程中，16 個提升點之間所有可能的最大位移差的組合很多。從這些組合中針對桁架結(jié)構(gòu)處于大噸位水平和垂直懸挑的結(jié)構(gòu)特點，選擇較為不利的16 種工況對結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力進行分析，對于應(yīng)力比大于0。9的桿件進行截面替換，對于網(wǎng)架與桁架交界處的連接桿件重點對待。
5。5 同步度控制
工程實施采用了先進的流量分配控制系統(tǒng)，即計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成"傳感器—計算機—泵源比例閥—液壓提升器—提升架結(jié)構(gòu)"的閉環(huán)系統(tǒng)，提升過程由傳感器實時采集位移檢測信號、計算機計算其差值、系統(tǒng)自動均衡液壓流量，從而控制整個提升過程的同步性。
6 提升過程
6。1 結(jié)構(gòu)預(yù)提升
�。╝）液壓油缸按20%、40%、60%、80%、100%的比例分級加載，直到使結(jié)構(gòu)整體離地，提升高度約300 mm時，懸停≥8h。
�。╞）檢測提升點的位置和標(biāo)高，與初始標(biāo)高的理論值進行比較并調(diào)整，確定同步提升的標(biāo)高初始值。
�。╟）用經(jīng)緯儀在側(cè)面觀測地面上主桁架和上部桁架之間的對接口位置情況，如有偏差要調(diào)整吊點預(yù)處理，確保一次性提升到位對接成功。
6。2 同步提升
（a）整個屋蓋大廳鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量2 560 t，提升系統(tǒng)對每個提升吊點的液壓提升器施以均恒的油壓，吊點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，通過位移傳感器實時向系統(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)超差則自動進行調(diào)整，對桁架懸挑端重點監(jiān)測同步度、垂直度及撓度變化值，使提升過程各吊點之間標(biāo)高不同步偏差控制在15mm以內(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間。經(jīng)實際測算，提升速度約200~250 mm/min，在液壓油缸往復(fù)運動的過程中，啟動和制動時各點的載荷會增加2%，在計算中考慮了1。1的動載系數(shù)，啟動和制動加速度為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 高空補空安裝
結(jié)構(gòu)整體提升至設(shè)計位置后，各吊點微調(diào)使桁架和網(wǎng)架精確提升到達設(shè)計位置，然后補充安裝周邊桿件，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，完成整個提升施工的過程。
7 結(jié)語
該工程順利完成大噸位大跨度鋼結(jié)構(gòu)整體同步提升，對比桁架提升架體系計算值與實測值：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、鋼桁架縱橫向長度偏差、支座中心偏移、撓度值等指標(biāo)均符合設(shè)計要求。施工方案在技術(shù)先進、質(zhì)量保證、縮短工期、經(jīng)濟性合理之間取得了最佳結(jié)合，為同類型工程積累了施工技術(shù)方面的經(jīng)驗。
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