大型鋼結(jié)構(gòu)滑移過程多點(diǎn)水平同步牽引施工技術(shù)分析

朱 丁 邢濟(jì)岐 徐飛飛 楊梓涵 李浩楠

大型鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中的難度較大，對(duì)質(zhì)量與安全要求較高，采用常規(guī)起重設(shè)備會(huì)增加吊裝難度。為確保大型鋼結(jié)構(gòu)施工活動(dòng)能夠順利進(jìn)行，必須結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，采取滑移施工技術(shù)，并通過大型鋼結(jié)構(gòu)滑移過程多點(diǎn)水平同步牽引施工技術(shù)的應(yīng)用，有效控制施工質(zhì)量與效率，滿足項(xiàng)目工程施工的實(shí)際需求。

1 工程概述

西安市兒童醫(yī)院經(jīng)開院區(qū)項(xiàng)目位于西安市經(jīng)開區(qū)尚稷路與草灘八路十字東北角處，工程由2#門診樓、4-1#門診急診樓、3-1#住院樓、3-2#住院樓、3-5#醫(yī)技樓及7-1#地下車庫組成，占地面積133 333 m2，建筑面積20.48 萬m2，合同金額13.7 億元。其中，3-1#、3-2#住院樓之間有一個(gè)跨度24.3 m、高12.6 m、自重達(dá)200 t 的鋼結(jié)構(gòu)大連廊。為確保鋼結(jié)構(gòu)大連廊滑移施工的安全與穩(wěn)定，采取同步牽引施工技術(shù)，下面對(duì)同步牽引施工技術(shù)的應(yīng)用展開分析。

2 滑移施工方案

大型鋼結(jié)構(gòu)桁架滑移所采取的施工工藝為“整體累計(jì)滑移”，在工藝確定前要按照桁架結(jié)構(gòu)布置特征及滑移施工工藝要求進(jìn)行仔細(xì)分析。拼接完成1 跨與2 跨后，整體向前滑移，在滑移到指定位置后開始拼裝第3 跨與第2 跨，以此類推進(jìn)行整體滑移施工。在滑移區(qū)拼裝完成的主、次桁架可以按照“液壓同步頂推滑移”系統(tǒng)進(jìn)行整體滑移。液壓頂推器是液壓同步頂推滑移技術(shù)所采用的滑移驅(qū)動(dòng)設(shè)備。液壓頂推器在設(shè)計(jì)時(shí)，所采用的方案為組合式設(shè)計(jì)，后部為頂緊裝置，前部為銷軸與連接耳板，要求分別與滑道、被推移結(jié)構(gòu)相連接，驅(qū)動(dòng)頂推力由中間的主液壓缸產(chǎn)生[1]。

鋼結(jié)構(gòu)在滑移過程中由于鋼結(jié)構(gòu)的重量達(dá)到200 t，且跨度較大，滑移單元很容易受到牽引力不均勻及滑移位置不同步的影響發(fā)生單元偏扭。主桁架底部為頂推位置，主桁架上部節(jié)點(diǎn)會(huì)受到頂推力的影響產(chǎn)生彎矩，影響主桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。因此，在滑移施工過程中必須對(duì)牽引力進(jìn)行合理控制，且要合理確定拉索的預(yù)應(yīng)力，確?；剖┕み^程中結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定[3]。

3 滑移過程導(dǎo)致不同步的影響因素

3.1 牽引力的影響

鋼結(jié)構(gòu)滑移時(shí)受到的力較多，有豎向方向的自重荷載、支座反力、頂推器的牽引力、滑靴與制作之間的摩擦力、不同步位移產(chǎn)生的內(nèi)力等[4]?；乒こ讨挟?dāng)牽引力F1、F2不均時(shí)就會(huì)讓位移不同步產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加力矩M。M與牽引力的差值、滑動(dòng)摩擦系數(shù)、自身重量、鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)跨度等有關(guān)，當(dāng)附加力矩M由牽引力產(chǎn)值產(chǎn)生時(shí)，與水平推力R形成平衡力矩[5]。ΔF為牽引力的不均勻差值，ΔF與R呈正比，在同步滑移過程中支座壓力增加，滑移會(huì)受到影響。

3.2 索預(yù)應(yīng)力的影響

鋼結(jié)構(gòu)的滑移全過程相對(duì)復(fù)雜，不同工況各點(diǎn)的應(yīng)力也會(huì)發(fā)生一些變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)部則會(huì)受到影響，會(huì)在桿件上產(chǎn)生附加力。主桁架會(huì)受到副桁架、檁條等影響，讓其穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致滑移過程出現(xiàn)不同步情況。

4 大型鋼結(jié)構(gòu)滑移過程多點(diǎn)水平同步牽引施工技術(shù)控制要點(diǎn)

4.1 做好準(zhǔn)備工作

連廊鋼結(jié)構(gòu)拼裝在其安裝投影面的1層混凝土樓面上，拼裝時(shí)用2 臺(tái)70 t 履帶式起重機(jī)，在場(chǎng)外構(gòu)件倒運(yùn)使用1 臺(tái)100 t 履帶式起重機(jī)。為滿足構(gòu)件堆放與起重機(jī)行走等需求，要求能通過專門的設(shè)計(jì)與計(jì)算，對(duì)拼裝場(chǎng)地進(jìn)行加固，為開展拼裝工作奠定基礎(chǔ)。

桁架設(shè)置在安裝分段位置，是由于斜腹桿難以在之前施工環(huán)節(jié)進(jìn)行完全安裝；主桁架下弦桿在分段處處于懸臂狀態(tài)，局部節(jié)點(diǎn)會(huì)在整個(gè)提升過程中出現(xiàn)強(qiáng)度不足、端部變形過大等情況。要對(duì)下弦桿吊點(diǎn)位置與斜腹桿分段進(jìn)行連接加固，使用的方式為臨時(shí)加固桿，相鄰各層節(jié)點(diǎn)可以有來自下吊點(diǎn)的反力，同時(shí)也能讓端部具有良好的抗彎剛度。

4.2 豎向液壓提升平臺(tái)制作

三腿支撐式液壓平臺(tái)的焊接固定點(diǎn)可使用環(huán)形抱柱，液壓提升吊點(diǎn)平面布置如圖1 所示。采用坡口焊焊接H 型鋼兩端，周圈滿焊，焊工必須持證上崗。

圖1 液壓提升吊點(diǎn)平面布置（來源：作者自繪）

4.3 設(shè)備安裝及調(diào)試

在提前制作好的三腿支撐式鋼平臺(tái)上安裝液壓提升設(shè)備，將鋼絲繩穿好，并與液壓提升泵站及液壓提升控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，連接完成后按照要求進(jìn)行調(diào)試，確保設(shè)備安全可靠。本項(xiàng)目運(yùn)用的設(shè)備工具包括TLJ-600 液壓提升器、TLHPS60 液壓泵源系統(tǒng)、TL-CS 11.2 同步控制系統(tǒng)、液壓油管及TL-SL 傳感器等。

4.4 提升臨時(shí)措施的設(shè)置

本項(xiàng)目中同步提升設(shè)備的安裝十分重要，關(guān)系整個(gè)施工過程的安全與穩(wěn)定。上吊點(diǎn)需合理安置，并將提升設(shè)備設(shè)置在上吊點(diǎn)上。整體提升結(jié)構(gòu)可使用專用鋼絞線提升到上吊點(diǎn)，并與下吊點(diǎn)連接起來。支撐平臺(tái)使用塔樓上面部分的鋼桁架，將提升平臺(tái)安置在鋼桁架上，并添加臨時(shí)支撐。在提升平臺(tái)上設(shè)置整體提升的上吊點(diǎn)，在提升結(jié)構(gòu)主桁架的上弦桿上設(shè)置下吊點(diǎn)。

4.5 同步吊點(diǎn)設(shè)置

本項(xiàng)目總共有6 組吊點(diǎn)，液壓提升器為6 臺(tái)。將一套同步傳感器設(shè)置在液壓提升器各處，同步測(cè)量吊裝過程中液壓提升器的位移。計(jì)算過程中可以使用SAPA 2000 軟件，確保計(jì)算的精準(zhǔn)性與可靠性。鋼連廊總重為200 t，豎向約束及水平向的彈簧約束在吊點(diǎn)位置施加，彈簧剛度取值為0.001 kN/mm；恒荷載分項(xiàng)系數(shù)、動(dòng)力系數(shù)、綜合桁架提升時(shí)荷載分項(xiàng)系數(shù)分別為1.5、1.15、1.5。

提升上吊點(diǎn)的設(shè)置：提升平臺(tái)選擇的平臺(tái)梁截面形式為B450×450×20 的箱型梁，立柱及斜支撐截面形式、拉缸截面形式分別為H450×450×18×20 的H型鋼與H400×400×20×20的H型鋼。提升下吊點(diǎn)的設(shè)置：拼裝完整的結(jié)構(gòu)可以采用整體提升法，結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的豎向荷載是其承擔(dān)的主要荷載。在主桁架上弦桿翼緣上設(shè)置下吊點(diǎn)，專用的吊裝工具設(shè)置在上弦桿提升中心的位置。

4.6 拼裝及試提升

整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)可以分為兩層，吊裝與滑移需分段進(jìn)行，在完成拼裝后可以整體提升。在第一段滑到設(shè)計(jì)位置后，要進(jìn)行穩(wěn)定提升，提升到第2 段頂標(biāo)高處，為保證提升的有效性需留出足夠的空間，然后再將第2 段滑移至其正下方。在對(duì)提升進(jìn)行測(cè)量與矯正之后開展拼裝與焊接工作，一級(jí)焊縫100%探傷檢測(cè)必須嚴(yán)格按照操作標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，在檢測(cè)符合要求后要試提升20 ～30 cm。

4.7 桁架控制

在牽引過程中要做好桁架控制，尤其在啟動(dòng)與停止階段，張弦桁架間只有次桁架與檁條進(jìn)行連接，下弦桿件位于中間區(qū)域，無法受到有效約束，且張拉索的跨度較大，具有較高的張弦桁架，兩邊牽引速度無法同步，就會(huì)引起桁架變形。所以為避免桁架發(fā)生變形，需做好桁架控制：對(duì)滑道進(jìn)行嚴(yán)格控制，在施工結(jié)束后在滑道上涂抹黃油；為確保牽引的同步和負(fù)載均衡，可以使用計(jì)算器智能控制系統(tǒng)，提升控制精準(zhǔn)度，降低位移偏差。

4.8 落地端滑移控制

提升過程中需做好落地端滑移控制。在主桁架提升過程中，當(dāng)?shù)囟税l(fā)生不動(dòng)的情況時(shí)，就會(huì)讓鋼絞索出現(xiàn)偏斜，水平分力會(huì)在主桁架部分產(chǎn)生，可以讓主桁架繼續(xù)水平平移。摩擦阻力與水平分力呈正比，提升裝置的承重部件會(huì)受到影響。將滑移裝置設(shè)置在主桁架落地端，以此減小摩擦阻力，確保主桁架提升的穩(wěn)定性與可靠性?；茖?dǎo)軌、滑移拖板等共同組成滑移裝置，滑移拖板的材料為不銹鋼板，厚度為20 mm。在整個(gè)主桁架提升過程中，對(duì)垂直偏角進(jìn)行有效控制，要求垂直偏角≤2°，垂直偏角需使用經(jīng)緯儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主桁架落地端的水平滑移位置需根據(jù)垂直偏角的大小與方向進(jìn)行調(diào)整。

5 監(jiān)測(cè)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1 監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

整個(gè)滑移施工全過程相對(duì)比較復(fù)雜，振動(dòng)由各種因素引起，從而讓主桁架發(fā)生變形，影響跨中撓度。所以對(duì)于跨中撓度的監(jiān)測(cè)十分必要，能判斷主桁架結(jié)構(gòu)在滑移過程中的受力狀態(tài)。監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)單榀跨中下弦點(diǎn)位置，高差變化需依據(jù)施工過程進(jìn)行確定，對(duì)測(cè)點(diǎn)撓度的變化進(jìn)行科學(xué)計(jì)算；對(duì)水平推力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以將電阻應(yīng)變片貼在導(dǎo)向輪支架上，并且接入應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)對(duì)水平推力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

使用傳感器對(duì)變形、受力狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，要求傳感器具有較小的體積與較高的靈敏度，滿足監(jiān)測(cè)實(shí)際需求，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與精準(zhǔn)度。按照收集到的數(shù)據(jù)信息，及時(shí)對(duì)危險(xiǎn)位置進(jìn)行調(diào)整，確保施工安全。

5.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

大型鋼結(jié)構(gòu)滑移過程多點(diǎn)水平同步牽引施工必須做好質(zhì)量控制，質(zhì)量控制要點(diǎn)如下。

第一，用測(cè)量儀器測(cè)量連廊整體的提升高度，在吊點(diǎn)位置布置測(cè)量點(diǎn)[6]。第二，各個(gè)吊點(diǎn)的初始位置要在正式提升前進(jìn)行測(cè)量，各個(gè)吊點(diǎn)的鋼絲繩長度需要根據(jù)測(cè)量結(jié)果利用液壓提升控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，確保各個(gè)吊點(diǎn)保持在同一個(gè)高度。第三，各吊點(diǎn)的鋼絲繩長度需在每次測(cè)量結(jié)束后根據(jù)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，確保各個(gè)吊點(diǎn)能保持在同一高度上。第四，在提升就位階段，各個(gè)吊點(diǎn)位置在鋼連廊提升至距設(shè)計(jì)高度約20 cm 左右時(shí)要進(jìn)行對(duì)口測(cè)量，確保鋼連廊與隔震支座的對(duì)口保持精準(zhǔn)。第五，為確?；剖┕さ陌踩耘c穩(wěn)定性，當(dāng)軌道表面出現(xiàn)平整度偏差且偏差值達(dá)到20 mm 時(shí)，需分析屋蓋的變形與內(nèi)力；當(dāng)爬行器失效或發(fā)生故障后，滑移會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)不同步的情況，當(dāng)不同步≥30 mm 時(shí)需分析屋蓋的變形與內(nèi)力。第六，在完成主桁架的全部安裝后，需使用全站儀與經(jīng)緯儀對(duì)就位后的精度進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)主桁架各個(gè)節(jié)點(diǎn)在X、Y、Z軸上的坐標(biāo)值，檢測(cè)結(jié)果出來后要對(duì)比實(shí)際值與理論值，詳細(xì)記錄二者的偏差，在后續(xù)安裝過程中要對(duì)照偏差值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。第七，大型鋼結(jié)構(gòu)滑移需采用重型軌道。軌道系統(tǒng)可以分為3 種，分別為槽鋼、H 型鋼與鋼軌。本項(xiàng)目選擇的是H 型鋼，適合滑動(dòng)摩擦與滾動(dòng)摩擦。為了施工的穩(wěn)定性與安全性，要求對(duì)鋼軌剛度、強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，確保各項(xiàng)參數(shù)符合實(shí)際要求。

6 結(jié)語

大型鋼結(jié)構(gòu)滑移過程多點(diǎn)水平同步牽引施工過程中，為實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制，必須嚴(yán)格按照施工工藝流程進(jìn)行施工，做好施工重點(diǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制，在提升施工質(zhì)量與效率的同時(shí)，避免發(fā)生質(zhì)量與安全問題。在我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展過程中，各類大型鋼結(jié)構(gòu)建筑不斷出現(xiàn)，大型鋼結(jié)構(gòu)通常采用滑移施工方法進(jìn)行吊裝，為確保整個(gè)施工過程的穩(wěn)定可靠，要利用多點(diǎn)水平同步牽引施工技術(shù)，做好施工全過程的精細(xì)化管控，確?；剖┕さ挠行浴?/p>