鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升技術(shù)及仿真研究

紀(jì)冬嶺

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司東北分院,黑龍江 哈爾濱150006）

為了保證鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的提升效果和安裝質(zhì)量,一方面要求現(xiàn)場(chǎng)施工人員必須熟練掌握各個(gè)流程中的技術(shù)要點(diǎn),包括前期的拼裝、焊接,以及在提升過程中采取測(cè)量控制技術(shù)等。另一方面還必須結(jié)合工程實(shí)際情況,提前開展仿真研究,根據(jù)分析結(jié)果制定施工方案,確保鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量安全。

1 鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工計(jì)算模型

通過模型的計(jì)算與分析,對(duì)鋼網(wǎng)架的安裝提供必要的參考。以建筑所受荷載為例,設(shè)計(jì)專門的荷載模型,可以對(duì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不同位置的恒荷載、活荷載以及動(dòng)力效應(yīng)等全部直觀的展示出來。這樣在實(shí)際安裝施工時(shí),將實(shí)際荷載控制在模型計(jì)算數(shù)值以內(nèi),從而保證了鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安全。在模型設(shè)計(jì)時(shí)可以借助BIM軟件,根據(jù)工程設(shè)計(jì)方案、明確各部位的詳細(xì)參數(shù),可以得到鋼網(wǎng)架的三維模型。

2 鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)

2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)平面布置

采用整體吊裝的方式,必須提前做好現(xiàn)場(chǎng)平面布置,為接下來的焊接、拼裝以及吊升等操作創(chuàng)造良好的條件。首先是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平面分區(qū),按照鋼網(wǎng)架的平面尺寸,分成3 個(gè)區(qū)域,其中1#區(qū)域鋼網(wǎng)架的規(guī)格為40×60=2400m2,現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)計(jì)15 組拔桿完成吊裝；2#區(qū)域鋼網(wǎng)架的規(guī)格與1#區(qū)域相同；3#區(qū)域鋼網(wǎng)架的規(guī)格為52×108=5616m2,現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)計(jì)21 組拔桿完成吊裝。鋼網(wǎng)架施工所需的各類材料、機(jī)械等也應(yīng)當(dāng)注意分區(qū)域存放。

2.2 鋼網(wǎng)架吊升技術(shù)

鋼網(wǎng)架完成焊接之后,利用設(shè)備完成吊升。整體吊升除了要熟悉整個(gè)操作流程外,還要注意以下技術(shù)要點(diǎn)：（1）拔桿的位置要以網(wǎng)架荷載分布軸線為參照,左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置,這樣可以保證對(duì)鋼網(wǎng)架的支撐力,對(duì)減少吊升過程中因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨霈F(xiàn)鋼網(wǎng)架變形的問題有一定幫助；（2）在加固現(xiàn)場(chǎng)平面的基礎(chǔ)上,還應(yīng)當(dāng)在拔桿下方放上一塊厚度為3cm 左右的鋼板,提高穩(wěn)定性,防止拔桿受力出現(xiàn)沉陷的情況；（3）拔桿安裝時(shí)要注意使用測(cè)量設(shè)備,保證拔桿與地面保持90°；（4）鋼網(wǎng)架整體吊升時(shí)要注意控制提升速度,水平移動(dòng)時(shí)速度不得超過5m/min,否則可能會(huì)產(chǎn)生明顯的晃動(dòng)而增加水平誤差。

2.3 鋼網(wǎng)架拼裝技術(shù)

鋼網(wǎng)架拼裝前,現(xiàn)場(chǎng)拼裝人員需要徹底檢查并清理拼裝平臺(tái),然后參考設(shè)計(jì)圖紙,在平臺(tái)之上進(jìn)行測(cè)量放線?，F(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)拼裝臺(tái)架和臨時(shí)支撐,并按照從下往上的順序,依次完成下弦平面網(wǎng)格、垂直支撐腹桿、上弦平面網(wǎng)格的安裝,最后將節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接牢固,使用支座固定后完成鋼網(wǎng)架的拼裝。除了要按照工藝流程完成拼裝任務(wù)外,還要加強(qiáng)技術(shù)控制,尤其是注意控制誤差。拼裝人員首先要參照施工規(guī)范,明確各部分允許偏差的最大值,然后使用相應(yīng)的測(cè)量方式,將實(shí)際誤差與允許誤差進(jìn)行對(duì)比,對(duì)于超出允許范圍的進(jìn)行相應(yīng)的處理。鋼網(wǎng)架允許偏差及測(cè)量方法如表1 所示。

表1 鋼網(wǎng)架允許偏差及檢測(cè)方法

2.4 網(wǎng)架的焊接工藝

完成基礎(chǔ)材料準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)布置后,開始進(jìn)行鋼網(wǎng)架的焊接。焊接前要注意清點(diǎn)各類材料和機(jī)具是否準(zhǔn)備妥當(dāng)。例如選用Φ3.6mm 的E50 焊條,除了焊條烘箱外,還有磨光機(jī)、碳弧氣刨等常用工具。明確焊接順序（如圖1）,注意檢查鋼材表面有無生銹、油垢等情況,如果有需要清理干凈后再進(jìn)行焊接,保證焊接質(zhì)量。

圖1 鋼網(wǎng)架焊接順序

采用定位焊的方式,同一焊接球上有多根焊條的情況下,要注意調(diào)節(jié)焊接順序和焊接角度。遵循“先仰、后立、再平”的順序依次完成焊接。完成焊接之后,還要檢查焊條與焊接球接觸的部位,是否存在熔渣或者是未焊透等情況。根據(jù)實(shí)際檢查結(jié)果對(duì)異常情況做相應(yīng)的處理。焊接方式如圖2 所示。

圖2 球- 桿對(duì)接焊接方法示意圖

鋼網(wǎng)架各處按照要求焊接完畢之后,現(xiàn)場(chǎng)焊工還應(yīng)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行一次全面的檢查。借助于超聲波探傷設(shè)備,能夠更加直觀的發(fā)現(xiàn)是否存在裂縫、漏焊、未焊透等一系列質(zhì)量缺陷。根據(jù)無損檢測(cè)結(jié)果,對(duì)不符合質(zhì)量要求的焊接部位進(jìn)行相應(yīng)的處理。例如,根據(jù)無損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有一處碳弧氣刨除去不合格焊縫,導(dǎo)致該區(qū)域的荷載能力達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),后期受到壓力、拉力后很容易出現(xiàn)斷裂。因此采用填塞鋼板加固處理。將焊縫位置的鋼管縱向切開,在切口處填塞一塊厚度約為15mm 的鋼板,然后重新進(jìn)行焊接（如圖3）,之后再次檢測(cè),焊接質(zhì)量完好,荷載達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 填塞鋼板處理不合格焊縫

3 鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升階段的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 正式提升過程控制

現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)使用2 臺(tái)及以上的液壓提升機(jī),需要在每臺(tái)設(shè)備上分別安裝一臺(tái)行程傳感器。所有傳感器檢測(cè)到的信號(hào)全部反饋給終端計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過分析參數(shù),然后分別發(fā)送調(diào)控指令,保證了多臺(tái)液壓提升機(jī)能夠同步作業(yè),一來可以實(shí)現(xiàn)同步提升,二來也有效地控制了誤差。按照提升速度的不同,整個(gè)行程分為三個(gè)階段,第一階段是緩慢加速階段,在加速到一定速度后,進(jìn)入勻速運(yùn)行階段。第二階段,在接近鋼網(wǎng)架吊升高度2m后,開始進(jìn)入緩慢減速階段。第三階段,在平臺(tái)作業(yè)人員的協(xié)調(diào)下,精準(zhǔn)、平穩(wěn)的完成鋼網(wǎng)架的吊裝。

3.2 同步提升測(cè)量控制技術(shù)

對(duì)于超大規(guī)格的鋼網(wǎng)架,通常采取區(qū)域拼裝、分片提升、高空拼接的模式。這種模式下如何保證高空對(duì)接的精準(zhǔn)性就成為必須要關(guān)注的問題。在同步提升時(shí),使用全站儀無棱鏡輔助進(jìn)行測(cè)量,讓計(jì)算機(jī)可以精準(zhǔn)的掌握鋼網(wǎng)架提升的位置參數(shù)。同步發(fā)送調(diào)控指令,讓每一片網(wǎng)架都能夠在制定的位置固定,后期再進(jìn)行統(tǒng)一的焊接,形成一個(gè)牢固的整體。

4 大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升施工仿真研究

4.1 有限元模型建立

使用有限元軟件建立模型,主要有兩部分組成,其一是物理模型,主要用于分析材料組成、截面和受力分析；其二是幾何模型,主要用于分析節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)連接等。通過兩種模型的組合,更加直觀的反映出鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力情況,為下一步施工提供了必要的參考。

4.2 提升架施工仿真分析

考慮到鋼網(wǎng)架的規(guī)格較大、形狀復(fù)雜,需要采用仿真分析的方式,更加直觀的展示各個(gè)區(qū)域的應(yīng)力集中情況,然后在仿真模型上確立最佳的吊點(diǎn)。參考仿真模型可以為實(shí)際吊裝施工提供必要的參考,保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全和工程質(zhì)量安全。圖4 為某鋼網(wǎng)架提升吊點(diǎn)的分布圖。

圖4 鋼網(wǎng)架吊點(diǎn)位置分布圖

5 結(jié)論

鋼網(wǎng)架作為現(xiàn)階段大跨度建筑中常用的一種結(jié)構(gòu)形式,其提升吊裝是施工中的關(guān)鍵點(diǎn)。除了要掌握拼裝、焊接、吊升等關(guān)鍵技術(shù)外,還必須通過仿真研究確定受力形式和吊點(diǎn)位置,以仿真模型為參考指導(dǎo)施工開展,才能切實(shí)提升鋼網(wǎng)架的質(zhì)量。