重型超大跨度站房鋼桁架提升關(guān)鍵技術(shù)

產(chǎn)運(yùn)節(jié)， 史凱慶， 姚宏生

(1.中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司蘇北鐵路工程建設(shè)指揮部，江蘇 徐州 221000；2.中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司,北京 100167)

1 工程概況

鹽城站站房工程總建筑面積為49 964 m2，建筑最高點(diǎn)高度為34 m，站房建筑外形如寶石形，總長(zhǎng)度223 m，寬度約110～142 m，商業(yè)層支承標(biāo)高16.2 m，兩側(cè)兩榀桁架支承標(biāo)高8.5 m。屋蓋采用空間桁架結(jié)構(gòu)體系，共12榀，跨度92～120 m，總重約6 770 t，屬于典型的重型超大跨度站房鋼桁架結(jié)構(gòu)[1-4]。桁架跨中上、下弦桿間距約3 m，兩側(cè)上、下弦桿約7 m，各榀桁架空間由系桿連接，并沿長(zhǎng)度方向設(shè)置上弦平面支撐。屋面上弦采用?500 mm無(wú)縫鋼管，下弦呈折拱形，為變截面梯形截面，轉(zhuǎn)折處最大截面約500 mm×1 200 mm，柱腳截面約500 mm×600 mm。鋼桁架采用無(wú)縫鋼管對(duì)接拼裝而成，腹桿與弦桿之間全部為相貫線結(jié)構(gòu)，支座用鋼管與鑄鋼件焊接而成。

2 屋蓋整體提升施工技術(shù)

2.1 整體提升方案

綜合考慮施工質(zhì)量﹑成本﹑工期﹑安全等目標(biāo)，屋蓋桁架結(jié)構(gòu)決定采用液壓整體同步提升技術(shù)進(jìn)行施工，將屋蓋在樓面拼裝成整體，再利用液壓同步系統(tǒng)將其整體提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后進(jìn)行支座處的補(bǔ)桿焊接安裝。施工工藝流程為：拼裝胎架上拼裝→安裝液壓提升系統(tǒng)→提升前設(shè)備檢查測(cè)試→試提升離開(kāi)拼裝平臺(tái)→結(jié)構(gòu)及提升設(shè)備設(shè)施檢查→結(jié)構(gòu)整體同步提升→空中姿態(tài)微調(diào)→補(bǔ)裝剩余桿件→液壓提升設(shè)備拆除→提升臨時(shí)設(shè)施拆除→安裝完成。

本工程12榀主桁架采用液壓提升器提升就位，總提升重量約為 5 700 t，共分成 4個(gè)提升分區(qū)(見(jiàn)圖1)，逐個(gè)采用液壓同步提升安裝到位。一區(qū)HJ-1軸～HJ-2軸，二區(qū) HJ-3軸～HJ-6軸，三區(qū) HJ-7軸～HJ-10軸，四區(qū) HJ-11軸～HJ-12軸。施工首先提升二區(qū)、三區(qū)；然后提升一區(qū)、四區(qū)。各區(qū)間檁條及次梁結(jié)構(gòu)待提升完成后補(bǔ)裝。各分區(qū)間端部上弦共用一個(gè)節(jié)點(diǎn)，一、二區(qū)間節(jié)點(diǎn)隨一區(qū)預(yù)裝，二區(qū)相關(guān)桿件后補(bǔ)。

圖1 提升區(qū)域平面圖

桁架在端部位置斷開(kāi)，并進(jìn)行加固，并在結(jié)構(gòu)下部支撐柱上或預(yù)裝段上安裝提升支架作為提升上吊點(diǎn)。提升過(guò)程示意如圖2和圖3所示。

2.2 提升結(jié)構(gòu)數(shù)值分析

因提升作業(yè)中加速度小，故不考慮動(dòng)力系數(shù)。

圖2 提升開(kāi)始

圖3 提升到位

邊界條件：提升吊點(diǎn)為z向固定、xy向彈簧(模擬提升約束)。荷載：自重。荷載組合：①?gòu)?qiáng)度及穩(wěn)定(1.35×自重)；②支座反力及變形(1×自重)。

利用有限元分析提升成型與一次成型安裝桿件應(yīng)力比，發(fā)現(xiàn)提升成型結(jié)構(gòu)應(yīng)力比最大為0.422，一次成型結(jié)構(gòu)應(yīng)力比最大為0.402。

2.3 支撐體系設(shè)置

本工程共設(shè)計(jì)24根型鋼混凝土柱，其中高架層16根，東西站房8根，因?yàn)樾弯摶炷亮⒅鶅蓚?cè)預(yù)留了商業(yè)夾層的預(yù)埋件，因此考慮在混凝土立柱側(cè)面設(shè)置支撐胎架，在胎架上放置液壓提升設(shè)備。

根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)形式及支座布置情況，現(xiàn)場(chǎng)采用拼裝胎架作為支撐體系，胎架主要選用1 m×1 m×1.5 m、1 m×1 m×1.5 m裝配式格構(gòu)架及軍用貝雷片3 m×1.5 m﹑2 m×1.5 m框架格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。

采用MIDAS GEN 8.5.6選取受力最不利的格構(gòu)支撐進(jìn)行承載力計(jì)算。荷載考慮胎架結(jié)構(gòu)自重D(支撐架最大高度約16 m)及桁架結(jié)構(gòu)荷載L，荷載組合考慮1.2D+1.2L。

根據(jù)臨時(shí)支撐計(jì)算結(jié)果可以知道，臨時(shí)支撐最大變形不大于15.77 mm，應(yīng)力比0.88<1，一階屈曲特征值8.54>2，滿足要求。

2.4 提升平臺(tái)設(shè)計(jì)

整體提升過(guò)程支撐體系的設(shè)置非常關(guān)鍵，直接影響到網(wǎng)架提升的安全和質(zhì)量[5-6]。由于支座頂標(biāo)高16.1 m，因此，需在各個(gè)頂升點(diǎn)設(shè)置支架，支架在整體提升過(guò)程中起到反力轉(zhuǎn)換﹑行程轉(zhuǎn)換﹑安全防護(hù)作用。整體提升時(shí)，下部提升單元的自重與施工荷載作用在臨時(shí)支架上，為保證安全，對(duì)施工臨時(shí)支架工作時(shí)的荷載及失效機(jī)理做詳細(xì)分析。

支架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)采用三角形截面，三角形截面為格構(gòu)式，主結(jié)構(gòu)高度12.65 m，三角形截面由?219 mm×14 mm鋼管組成，加勁板取PL20，支架所用圓管、法蘭盤(pán)、加勁板均采用Q345材質(zhì)鋼材，彈性模量E=2.0×105N/mm2，剪切模量G=8.0×105N/mm2。抗拉﹑抗壓﹑抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為295 N/mm2。支架立面圖如圖4所示，支架尺寸12.6 m×2.5 m。

圖4 提升支架結(jié)構(gòu)

采用MIDAS GEN 8.5.6選取受力最不利的格構(gòu)支架進(jìn)行承載力計(jì)算。荷載考慮胎架結(jié)構(gòu)自重D及桁架結(jié)構(gòu)荷載L，荷載組合考慮1.2D+1.2L。最大應(yīng)力比0.65<1，滿足規(guī)范要求。

2.5 提升裝備配置

桁架采用“樓面拼裝+分塊分區(qū)提升”，提升的鋼結(jié)構(gòu)需要設(shè)置吊點(diǎn)來(lái)進(jìn)行提升。根據(jù)模型模擬分析結(jié)果，選用TJJ-2000及TJJ-3500型液壓提升器(額定提升能力為2 000 kN及3 500 kN)。TJJ-2000型提升器配用?15.24 mm鋼絞線，破斷力為26 t；TJJ-3500型提升器配用?18 mm鋼絞線，破斷力為35 t。各提升區(qū)域提升器配置為：一區(qū)2個(gè)200 t下吊具，3套200 t吊籠；二區(qū)6個(gè)200 t下吊具、2個(gè)350 t下吊具、3套200 t吊籠、1套350 t吊籠；三區(qū)4個(gè)200 t下吊具、4個(gè)350 t下吊具、2套200 t吊籠、2套350 t吊籠；四區(qū)6個(gè)200 t下吊具、4套200 t吊籠。

2.6 提升吊點(diǎn)布置

采用液壓同步提升系統(tǒng)進(jìn)行整體提升，提升上吊點(diǎn)布置液壓提升器，提升器通過(guò)提升專(zhuān)用鋼絞線與待提升構(gòu)件上的對(duì)應(yīng)小吊具相連接。

提升上吊點(diǎn)：上吊點(diǎn)設(shè)置在提升胎架上，將提升梁兩端擱置于兩根弦桿上，局部加固，提升梁上開(kāi)孔，使鋼絞線穿過(guò)。上吊點(diǎn)共設(shè)置兩種形式，如圖5和圖6所示。

圖5 提升上吊點(diǎn)一 圖6 提升上吊點(diǎn)二

提升下吊點(diǎn)：提升下吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)于上吊點(diǎn)而設(shè)置，在上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的原結(jié)構(gòu)上弦桿件布置下吊具，通過(guò)鋼絞線與提升上吊點(diǎn)內(nèi)的提升器連接，共有兩種類(lèi)型的提升下吊點(diǎn)：

第一種，下吊點(diǎn)為臨時(shí)球節(jié)點(diǎn)，提升下吊點(diǎn)設(shè)計(jì)為在提升上吊點(diǎn)正下方位置安裝臨時(shí)球結(jié)構(gòu)方式，臨時(shí)球結(jié)構(gòu)與附近原結(jié)構(gòu)連接承載，再通過(guò)提升專(zhuān)用地錨、鋼絞線與提升上吊點(diǎn)、液壓提升器相連，通過(guò)提升器的反復(fù)作業(yè)完成結(jié)構(gòu)的提升工作。

第二種，下吊點(diǎn)設(shè)置在結(jié)構(gòu)被提升段的下弦上，在結(jié)構(gòu)提升段的下弦上局部加固并設(shè)置L型耳板，兩端分別通過(guò)銷(xiāo)軸與吊具(籠)相連。

2.7 整體提升實(shí)施過(guò)程

(1)提升設(shè)備安裝：液壓提升器在地面穿好鋼絞線后，利用吊車(chē)將液壓提升器吊裝至提升平臺(tái)，每臺(tái)提升器底部采用壓板固定。

在液壓提升實(shí)施時(shí)，提升器頂部需預(yù)留出一定長(zhǎng)度的鋼絞線，為保證提升器出線順暢，必須控制預(yù)留鋼絞線的導(dǎo)出方向，因此在距離提升器頂部50 cm設(shè)置導(dǎo)向架，以確保鋼絞線的順利運(yùn)行。

導(dǎo)向架采用施工現(xiàn)場(chǎng)的方通制作而成，導(dǎo)向架的設(shè)置考慮油管﹑傳感器安裝方便和不影響鋼絞線自由下墜等因素，將其布置在提升器頂端，橫梁離錨固點(diǎn)高約1.5 m。

鋼絞線安裝：鋼絞線從液壓提升器下部向上部穿出，每束鋼絞線尾端應(yīng)大致平齊，頂端以?shī)A頭和錨片進(jìn)行固定。

(2)進(jìn)行整體提升施工前，需對(duì)液壓提升系統(tǒng)進(jìn)行檢查及調(diào)試，以保證提升安全順利實(shí)施。檢查的對(duì)象包括鋼絞線﹑液壓泵源系統(tǒng)﹑提升障礙物﹑傳感器以及液壓提升器，同時(shí)對(duì)液壓泵源系統(tǒng)和液壓提升器進(jìn)行調(diào)試。

(3)試提升：拆除輔助拼裝的支撐，將結(jié)構(gòu)提升離開(kāi)拼裝平臺(tái)約25 cm高，12 h內(nèi)不斷，測(cè)量結(jié)構(gòu)變形情況，觀察提升系統(tǒng)﹑計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)正常。

(4)正式提升：各吊點(diǎn)處的液壓提升系統(tǒng)伸縮缸壓力分級(jí)增加，依次為20%、60%、80%，在確認(rèn)各部分無(wú)異常的情況下，可繼續(xù)加載至90%、100%，直至鋼結(jié)構(gòu)提升單元全部脫離拼裝胎架。

結(jié)構(gòu)在靜停后勻速上升，隨時(shí)注意結(jié)構(gòu)﹑提升架變形情況。注意提升系統(tǒng)的安全措施，確保突發(fā)事件的應(yīng)急處置到位。提升過(guò)程中，提升區(qū)域不能有障礙物，設(shè)置專(zhuān)人觀察鋼絞線﹑錨固點(diǎn)等工作情況，與提升無(wú)關(guān)人員禁止進(jìn)入提升現(xiàn)場(chǎng)。提升過(guò)程見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 脫離胎架 圖8 提升到位

(5)提升就位：提升到指定高度，后補(bǔ)桿件，在絕對(duì)靜止﹑溫度變化小的狀態(tài)下焊接。結(jié)構(gòu)安裝焊接完成后，分級(jí)卸載﹑直至所有荷載承受在原結(jié)構(gòu)上，控制和檢測(cè)負(fù)載狀況，保證結(jié)構(gòu)變形在安全和可控范圍內(nèi)拆除提升設(shè)備。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)站房鋼桁架采用“樓面拼裝、整體提升”吊裝施工技術(shù)，表明該方法具有安全可靠、效率高、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)，適于這種大跨度、大噸位結(jié)構(gòu)的吊裝施工。另外，根據(jù)本工程經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)注意：在提升過(guò)程中下部支撐結(jié)構(gòu)受力與設(shè)計(jì)荷載狀態(tài)不同，應(yīng)根據(jù)提升系統(tǒng)與預(yù)提力進(jìn)行下部支撐結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算，以確保施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)安全性。