大跨度桁架階梯狀卸載新技術(shù)

◎ 北京鐵路局 張 鋼

1、工程概況

北戴河車站位于秦皇島市北戴河區(qū)北郊。東臨戴河，南臨205國道，西邊接壤撫寧縣，北戴河車站改造范圍為東西咽喉范圍之內(nèi)，是連接北京與秦皇島之間的中心樞紐，是重要的交通要道。它是在既有站臺(tái)雨棚全部拆除后，新建的大跨度鋼結(jié)構(gòu)無柱雨棚。北戴河站由新建站房、改擴(kuò)建站臺(tái)雨棚及改造延伸進(jìn)站天橋組成。

2、支撐體系概況

為滿足原雨棚桁架切割滑移改造，在桁架切割滑移前需按施工要求預(yù)先設(shè)計(jì)支撐架體，桁架滑移改造完后，對(duì)支撐架體進(jìn)行卸載拆除。支撐架體見圖2：

3、卸載的總體思路

根據(jù)北戴河火車站既有雨棚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)伸縮縫處將雨棚桁架分成二個(gè)區(qū)域進(jìn)行滑移?；仆戤叄⑶抑黧w結(jié)構(gòu)安裝完成后，需要對(duì)已形成的主結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體卸載，卸載完成后再安裝剩余的主檁條。支撐架的卸載拆除過程是一個(gè)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的過程，結(jié)構(gòu)變形及內(nèi)力重新分配，支撐架的支點(diǎn)反力也都會(huì)隨著卸載方案及卸載順序不同而發(fā)生變化，為了保證結(jié)構(gòu)及胎架在卸載過程中不發(fā)生破壞，必須選擇合理的卸載順序及方法進(jìn)行卸載。

4、卸載的原則：

以結(jié)構(gòu)計(jì)算分析為依據(jù)、以結(jié)構(gòu)安全為宗旨、以變形協(xié)調(diào)為核心、以實(shí)時(shí)監(jiān)控為手段，施工過程應(yīng)嚴(yán)格遵循上述原則。

5、卸載的順序

現(xiàn)場(chǎng)需要卸載的部位分為柱腳處卸載及支撐架頂部卸載，根據(jù)有關(guān)專家討論意見，先卸載柱腳，然后卸載支撐架頂部，為確保結(jié)構(gòu)在卸載過程中的穩(wěn)定性，每榀桁架下的支撐架在卸載前該榀及相臨的桁架應(yīng)施工完畢，并經(jīng)檢查無漏焊等現(xiàn)象方可卸載。下面就支撐架頂部的卸載方案進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

圖1 北戴河火車站效果圖

圖2 支撐架搭設(shè)立面示意圖

6、卸載分區(qū)

根據(jù)卸載的總體思路，本工程卸載分四個(gè)區(qū)，每區(qū)采用分批漸進(jìn)的方式進(jìn)行，先卸中間二個(gè)區(qū)，然后再卸東西二個(gè)區(qū)，逐跨階梯狀卸載，卸載分區(qū)見圖4：

7、雨棚桁架滑移到位后的擾度值計(jì)算（施工階段）

7.1 計(jì)算軟件

根據(jù)本次分析的特點(diǎn)，選用大型有限元程序MIDAS GEN VER.780進(jìn)行計(jì)算。

7.2 計(jì)算依據(jù)及計(jì)算荷載

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)以中國規(guī)范、規(guī)程以及設(shè)計(jì)院提供的圖紙為依據(jù)。在計(jì)算分析過程中，考慮了結(jié)構(gòu)自重以及施工過程中所可能出現(xiàn)的荷載。

（1）結(jié)構(gòu)自重：由軟件自行考慮。

（2）恒荷載：屋面主檁條10.5KN/M 。

7.3 施加屋面恒載

屋面主檁條線荷載：10.5KN/M

7.5 計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)在1倍恒載下的擾度值如圖6所示：

圖3 主桁架立面示意圖

圖4 卸載分區(qū)示意圖

圖5 施加恒荷載

圖6 桁架擾度值示意圖（mm）

8、卸載步驟

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，卸載后桁架最大擾度為42mm，為了減少兩榀相鄰桁架豎向位移差，以20mm支座位移為基準(zhǔn)，進(jìn)行桁架的卸載，即每榀桁架分二次卸載到位，具體卸載順序如下：

卸載步驟：一：①軸線滑移端卸載20mm；①軸線固定端卸載20mm；

圖7 桁架擾度示意圖

②軸線滑移端卸載20mm； ②軸線固定端卸載20mm；

二：①軸線滑移端卸載完畢；①軸線固定段卸載完畢；

三：③軸線滑移端卸載20mm；③軸線固定端卸載20mm；

四：②軸線滑移端卸載完畢； ②軸線固定段卸載完畢；

五：重復(fù)以上步驟，進(jìn)行后續(xù)桁架的卸載。

9、卸載的方法及措施

本工程卸載是通過切除桁架下的支撐架，使支撐架與桁架脫空來達(dá)到卸載的目的。結(jié)構(gòu)卸載值為結(jié)構(gòu)自重恒載對(duì)應(yīng)下支撐點(diǎn)端部結(jié)構(gòu)垂直位移，卸載分成4個(gè)區(qū)域進(jìn)行，每個(gè)區(qū)域由6榀或7榀主桁架組成，每個(gè)區(qū)域采用分級(jí)卸載（10%、30%、60%）。

支撐架分級(jí)卸載時(shí)用氣割將支撐架頂部設(shè)置的支撐H型橫梁逐步切割，如此反復(fù)操作直至桁架下降至與支撐架脫空，完成卸載后撤除支撐架。在切割前應(yīng)H型橫梁上畫上刻度，刻度單位為每格20mm。在每一次卸載切割時(shí)嚴(yán)格按照上述數(shù)據(jù)進(jìn)行切割。

10、卸載過程計(jì)算

由于每一滑移單元的桁架及荷載基本相似，為便于計(jì)算選取6榀典型桁架進(jìn)行卸載過程中的計(jì)算，卸載過程采用MADIS分析軟件中的施工階段進(jìn)行模擬。

9.2 卸載過程桁架應(yīng)力比計(jì)算

結(jié)論：通過以上計(jì)算分析，桁架在卸載過程中最大變形42mm，最大應(yīng)力比為0.265遠(yuǎn)小于1，因此按照此方案進(jìn)行卸載是安全、可靠的。

圖8 第一步：桁架卸載前的狀態(tài)

圖9 第二步：1軸線支撐架滑移端卸載20mm

圖10 第三步：1軸線支撐架固定端卸載20mm

圖11 第四步：2軸線支撐架滑移端卸載20mm

圖12 第五步：2軸線支撐架固定端卸載20mm

圖13 第六步：1軸線支撐架卸載完畢

圖14 第七步：3軸線支撐架卸載20mm

圖15 第八步：2軸線支撐架卸載完畢

圖16 第九步：4軸線支撐架卸載20mm

圖17 第十步：3軸線支撐架卸載完畢

圖18 第十一步：5軸線支撐架卸載20mm

圖19 第十二步：4軸線支撐架卸載完畢

圖20 第十三步：6軸線支撐架卸載20mm

圖21 第十四步：5軸線支撐架卸載完畢

圖22 第十五步：6軸線支撐架卸載完畢

11、卸載變形監(jiān)測(cè)措施

根據(jù)“變形協(xié)調(diào)，卸載均衡”的原則，在卸載過程中應(yīng)嚴(yán)格按照卸載順序和步驟執(zhí)行，同時(shí)，在卸載過程中因結(jié)構(gòu)自重而發(fā)生下?lián)献冃危孕遁d時(shí)應(yīng)對(duì)桁架下?lián)献冃斡斜匾M(jìn)行監(jiān)測(cè)。

根據(jù)以往類似工程卸載監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目卸載后的變形主要是結(jié)構(gòu)在自重恒載作用下發(fā)生垂直下?lián)献冃?，因此，根?jù)這種變形性質(zhì)我們采取以下方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)：

一、根據(jù)支撐架上事先劃好的刻度，在卸載切割過程通過對(duì)支撐架的切割量，可以量出在支撐點(diǎn)的位置桁架下?lián)献冃瘟?，并根?jù)近似線性比例關(guān)系初步判斷桁架中部下?lián)狭俊?/p>

二、利用全站儀對(duì)桁架中部下?lián)隙冗M(jìn)行精確觀測(cè)。

卸載前預(yù)先在桁架中部布控觀測(cè)點(diǎn)，并測(cè)出卸載前的測(cè)量原始數(shù)據(jù) ，在卸載時(shí)每完成一次級(jí)別的卸載步驟測(cè)量一次，直至卸載全部完成，對(duì)卸載全過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)行信息化施工管理，并做好詳細(xì)的記錄，將最終測(cè)量數(shù)據(jù)整理后歸檔。

12、結(jié)語

近年來，隨著國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，市民出行需求的提高，需要建造越來越多的大跨度的火車站房，才能滿足目前的交通需求。

與常規(guī)大跨度桁架卸載技術(shù)相比，本論文的卸載方法有兩個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)約卸載設(shè)備：常規(guī)桁架結(jié)構(gòu)卸載方案需要同步卸載，即在每榀主桁架下方設(shè)置千斤頂，每榀主桁架等比卸載，這樣投入的設(shè)備較多，同時(shí)很難做到每榀主桁架卸載的同步性。本次卸載采用階梯狀卸載方法能夠做到逐榀卸載，主要配備相鄰桁架的千斤頂即可，節(jié)約了大量的卸載設(shè)備。 ②節(jié)約了總體的施工工期：常規(guī)卸載方法支撐架必須全部同時(shí)拆除，影響了地面土建施工的進(jìn)度。階梯狀卸載方法，可以將先卸載的桁架下方支撐架先行拆除，拆除支撐架部分的空間，可以進(jìn)行土建的工作，對(duì)工程的總體工期而言，比較有利。