鐵路線站場(chǎng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚施工技術(shù)研究

【摘要】常規(guī)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚設(shè)定的輔助支架多為固定支架，支撐范圍有限，導(dǎo)致最終的承載能力受到影響，荷載比下降。為此，文章提出對(duì)城市鐵路專用線站場(chǎng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚施工技術(shù)的設(shè)計(jì)與研究。文中簡(jiǎn)述了工程概況，進(jìn)行初始測(cè)量定位，并采用移動(dòng)的方式，打破初始支撐范圍的限制，設(shè)定移動(dòng)支架。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行主次桁架吊裝及受力驗(yàn)算、對(duì)構(gòu)件拼接、推動(dòng)封閉棚頂升、最終安裝加固支座完成施工處理。施工測(cè)試結(jié)果表明，針對(duì)選定的2個(gè)測(cè)試周期，結(jié)合隨機(jī)標(biāo)定的4個(gè)測(cè)點(diǎn)，最終得出的荷載比在第二個(gè)周期中均達(dá)到了8.5以上，說(shuō)明此次設(shè)計(jì)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚的支撐能力與穩(wěn)定性較強(qiáng)，荷載效果更佳，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】城市鐵路；大跨度鋼結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)封閉棚；定點(diǎn)加固施工

【中圖分類號(hào)】TU393.3 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-6028（2024）10-0108-03

0 引言

城市鐵路專用線站場(chǎng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚的覆蓋范圍相對(duì)較大，內(nèi)部的支撐框架也較為多樣，雖然能夠有效遮風(fēng)擋雨，為旅客和貨物提供安全舒適的候車、裝卸環(huán)境，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大，對(duì)技術(shù)要求極高。為此，本文提出對(duì)城市鐵路專用線站場(chǎng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚施工技術(shù)的研究，再結(jié)合真實(shí)的測(cè)試環(huán)境及背景，針對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)的棚體的施工需求，設(shè)計(jì)靈活多變的安裝結(jié)構(gòu)，分析施工過(guò)程中的難點(diǎn)與重點(diǎn)，并及時(shí)對(duì)封閉棚的加固支撐點(diǎn)位進(jìn)行調(diào)整和修正，以此來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化當(dāng)前的施工效果，為城市交通的現(xiàn)代化和智能化貢獻(xiàn)力量。

1 工程概況

本文主要對(duì)城市鐵路專用線站場(chǎng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與研究，考慮最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)與可靠，選定寧夏某鐵路專用線站場(chǎng)作為測(cè)試的目標(biāo)對(duì)象。經(jīng)過(guò)測(cè)定本工程室內(nèi)標(biāo)高預(yù)設(shè)為1 282.460 m，建筑面積為65 600 m2，長(zhǎng)820 m，結(jié)構(gòu)寬度80.00 m，為確保測(cè)試的穩(wěn)定與安全，調(diào)整軸跨度共計(jì)103跨，單元跨度設(shè)定約為8.00 m，側(cè)單元設(shè)置7 300 mm×5 000 mm大門[1]。同時(shí)設(shè)置5.00 m以下的立柱混凝土支撐柱，5.00 m以上的鋼網(wǎng)架、鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

基于此，該結(jié)構(gòu)以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組合典型節(jié)點(diǎn)形式為主，鋼管的桿件選用高頻電焊鋼管（GB3091）或熱軋無(wú)縫鋼管（GB3087），鋼材選用Q235B鋼。而錐頭與封板則選用Q235B鋼，與鋼管材質(zhì)配套。網(wǎng)架用高強(qiáng)螺栓性能級(jí)別不大于M36的采用10.9 S，大于M36的采用9.8 S。當(dāng)前的測(cè)試環(huán)境較為復(fù)雜，且缺乏針對(duì)性，實(shí)際的施工現(xiàn)狀較難控制。

2 設(shè)計(jì)鐵路線站場(chǎng)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚施工技術(shù)

2.1 測(cè)量定位及移動(dòng)支架設(shè)定

測(cè)量定位針對(duì)鐵路專用的大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚施工是基礎(chǔ)性的施工環(huán)節(jié)。首先，明確基礎(chǔ)的施工覆蓋范圍，并使用精密單點(diǎn)定位（PPP）技術(shù)，通過(guò)IGS發(fā)布的精密星歷和鐘差數(shù)據(jù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高精度定位。此時(shí)，可以在各個(gè)施工點(diǎn)位之上構(gòu)建基礎(chǔ)坐標(biāo)，同時(shí)使用雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)，一般時(shí)間為6～12 h[2]。然后，針對(duì)過(guò)程中捕捉的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行粗差剔除、周跳探測(cè)，去除噪聲并調(diào)整好缺失值和異常值之后，進(jìn)行歸一處理，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)值見式（1）。

（1）

式中：D為標(biāo)準(zhǔn)值，經(jīng)過(guò)預(yù)處理和歸一化處理后得到的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)值；為定位范圍，表示數(shù)據(jù)在空間或時(shí)間上的定位邊界；i為預(yù)設(shè)定位點(diǎn)，表示在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前設(shè)定的參考點(diǎn)；x為探測(cè)距離，表示數(shù)據(jù)點(diǎn)與預(yù)設(shè)定位點(diǎn)之間的距離；d為探測(cè)范圍，表示在進(jìn)行數(shù)據(jù)探測(cè)時(shí)考慮的空間或時(shí)間范圍。

根據(jù)當(dāng)前測(cè)定，基于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的修復(fù)處理。在此基礎(chǔ)之上，通過(guò)迭代處理構(gòu)建最終的坐標(biāo)，明確基礎(chǔ)的點(diǎn)位[3]。然后進(jìn)行移動(dòng)支架的設(shè)定，利用全站儀測(cè)量出支架的預(yù)設(shè)位置，使用X、Y坐標(biāo)與基礎(chǔ)的坐標(biāo)進(jìn)行重合處理。

此時(shí)，使用水準(zhǔn)儀測(cè)量高程值，確保支架安裝平面與設(shè)計(jì)面平行。支架的縱向里程位置則通過(guò)千斤頂調(diào)節(jié)至固定位置，并鎖住吊具以防止滑移[4]。支架高度調(diào)節(jié)上，通過(guò)穿心千斤頂進(jìn)行精確控制，觀測(cè)并調(diào)整吊桿高程至設(shè)計(jì)值，完成支架安裝，避免在后續(xù)施工中發(fā)生傾覆或沉降等情況。

2.2 主次桁架吊裝及受力驗(yàn)算

支架的設(shè)定是大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚施工的基礎(chǔ)支撐。在吊裝方法上，采用多點(diǎn)吊裝策略，特別是以四點(diǎn)吊裝法為核心，這一方法能夠更有效地分散吊裝過(guò)程中的荷載，提高吊裝的安全系數(shù)。基于當(dāng)前的吊裝環(huán)境，并結(jié)合長(zhǎng)跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚主桁架的具體形態(tài)精確布置吊點(diǎn)位置[5]。對(duì)于主桁架的吊裝，采取分段吊裝的方式，吊點(diǎn)位置精心選擇在內(nèi)力較小的結(jié)構(gòu)部位，以減少吊裝過(guò)程中的對(duì)接誤差和應(yīng)力集中現(xiàn)象。在吊裝過(guò)程中，嚴(yán)格控制起吊速度，確保桁架能夠緩慢、平穩(wěn)地升起并移動(dòng)，從而避免與周邊結(jié)構(gòu)發(fā)生不必要的碰撞。當(dāng)桁架被成功吊至預(yù)定位置后，立即安裝臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，并使用纜風(fēng)繩進(jìn)行固定，以防止桁架在后續(xù)施工過(guò)程中發(fā)生側(cè)傾或位移。同時(shí)，利用水準(zhǔn)儀等高精度測(cè)量工具對(duì)桁架的標(biāo)高進(jìn)行精確調(diào)整，確保其與設(shè)計(jì)方案完全吻合，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1是對(duì)主次桁架吊裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐執(zhí)行。在完成主次桁架垂直支撐的安裝之后，進(jìn)行各個(gè)吊裝點(diǎn)的受力驗(yàn)算。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)中的平衡方程和位移協(xié)調(diào)條件，建立詳細(xì)的力學(xué)模型。該模型充分考慮了主次桁架、垂直支撐以及吊裝點(diǎn)之間的相互作用關(guān)系，確保能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際受力情況。將吊裝點(diǎn)的位置、數(shù)量以及吊裝過(guò)程中可能產(chǎn)生的荷載輸入到模型中。求解各桿件的軸力均值，計(jì)算見式（2）。

Q = k2 -（m + n）" " " " " " " （2）

式中：Q為軸力均值，表示各桿件所承受的軸力的平均值；k為剪力，是指作用在桿件上的剪切力；m和n分別為基礎(chǔ)彎矩值和實(shí)際彎矩值，分別表示桿件在基礎(chǔ)狀態(tài)下和實(shí)際受力狀態(tài)下的彎矩值。

在完成吊裝點(diǎn)的受力驗(yàn)算后，進(jìn)行軸力計(jì)算，從而把控基礎(chǔ)的受力狀態(tài)。這部分可以利用材料力學(xué)中的強(qiáng)度理論，針對(duì)標(biāo)定的受力點(diǎn)，驗(yàn)算桿件的最大應(yīng)力是否超過(guò)材料的許用應(yīng)力，具體計(jì)算如式（3）所示。

σmax≤[σ]" " " " " " " " （3）

式中：σmax為桿件最大應(yīng)力；[σ]為材料許用應(yīng)力，根據(jù)材料的強(qiáng)度特性和使用條件確定。當(dāng)受力點(diǎn)基本處于穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，可以進(jìn)一步確保施工的穩(wěn)定及平衡。

2.3 構(gòu)件拼接與封閉棚頂升

構(gòu)件拼接主要是在主次桁架安裝后，對(duì)輔助元件的設(shè)定和搭接加固方式。首先，標(biāo)定出當(dāng)前焊接的具體位置。為確保最終測(cè)試結(jié)果的真實(shí)與穩(wěn)定，構(gòu)件拼裝時(shí)采用分段拼裝的形式。在當(dāng)前的結(jié)構(gòu)框架之中布置拼裝胎架，完成后促使上、下弦主弦桿上胎架進(jìn)行多點(diǎn)位搭接。隨后在核心的位置設(shè)定拼裝桁架以及加固的立面腹桿，在桁架上確認(rèn)全部的構(gòu)件，并建立對(duì)應(yīng)的輔助坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)之內(nèi)點(diǎn)位標(biāo)定處理。基于此，還需要對(duì)拼裝的偏差進(jìn)行控制，如表1所示。

表1主要是對(duì)拼裝偏差控制的設(shè)定，按照該順序及環(huán)境將構(gòu)件逐漸加固在各自的位置之上，隨后進(jìn)行封閉棚頂升處理。頂升前，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的頂升處理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2是對(duì)頂升處理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐應(yīng)用。在封閉棚的頂升施工過(guò)程中，必須密切關(guān)注結(jié)構(gòu)的變形情況，并根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整提升速度，確保不會(huì)因速度過(guò)快或過(guò)慢而產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力或不必要的變形。在此基礎(chǔ)上，封閉棚的施工建設(shè)還需嚴(yán)格遵循力學(xué)平衡的原則。具體來(lái)說(shuō)，需要精確計(jì)算和調(diào)整液壓提升系統(tǒng)的壓力差，實(shí)現(xiàn)對(duì)封閉棚結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。當(dāng)所有選定的吊點(diǎn)受力之和達(dá)到精確平衡，即為零時(shí)，封閉棚結(jié)構(gòu)在頂升過(guò)程中就能保持最佳的穩(wěn)定狀態(tài)，從而確保整個(gè)施工過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。此外，為了確保頂升施工的順利進(jìn)行，還需對(duì)液壓提升系統(tǒng)進(jìn)行定期的維護(hù)和檢查，以確保其始終處于良好的工作狀態(tài)。

2.4 支座安裝加固完成施工處理

支座的安裝是對(duì)設(shè)定的封閉棚進(jìn)行底部的實(shí)時(shí)加固處理，先建立水平位置（X、Y坐標(biāo)）和垂直位置（標(biāo)高），安裝位置的環(huán)境確保無(wú)雜物即可。利用吊車將支座吊裝至預(yù)定位置初步固定?；诖耍盟疁?zhǔn)儀核定并調(diào)整此時(shí)支座的具體位置，滿足當(dāng)前的水平度。在支座與基礎(chǔ)構(gòu)件的連接處，采用焊接的方式集中作業(yè)，具體的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3是對(duì)支座安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析。當(dāng)支架放置在預(yù)設(shè)的位置之上時(shí)，使用螺栓來(lái)連接支座，并控制螺栓預(yù)緊力，確保連接牢固可靠。完成施工處理之后，對(duì)支座位置、標(biāo)高、水平度、焊接質(zhì)量、螺栓緊固情況等進(jìn)行檢查核驗(yàn)，確保滿足要求即可。

3 施工結(jié)果分析

針對(duì)上述測(cè)定及施工處理，隨機(jī)在該封閉棚上標(biāo)定出4個(gè)對(duì)應(yīng)的輔助測(cè)試點(diǎn)，每一個(gè)測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的受力區(qū)域也是不同的，分兩個(gè)周期，計(jì)算出各個(gè)受力點(diǎn)的荷載比，如式（4）所示。

（4）

式中 ：L為荷載比 ；X為覆蓋受力點(diǎn) ；為單區(qū)域受力值；E為荷載差。

此時(shí)，結(jié)合上述得出的測(cè)試數(shù)據(jù)與信息，進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的分析，如表2所示。

表2主要是對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析：針對(duì)選定的2個(gè)測(cè)試周期，結(jié)合隨機(jī)標(biāo)定的4個(gè)測(cè)點(diǎn)，最終得出的荷載比在第二個(gè)周期中均達(dá)到了8.5以上。這說(shuō)明此次設(shè)計(jì)的大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚的支撐能力與穩(wěn)定性較強(qiáng)，荷載效果更佳，充分證明了施工技術(shù)的有效性和可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前的施工背景下，本文基于加固處理需求，設(shè)計(jì)多層級(jí)、多目標(biāo)、針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚的工程內(nèi)部框架，增加結(jié)構(gòu)之間的連續(xù)性和穩(wěn)定性。不僅如此，大跨度鋼結(jié)構(gòu)封閉棚的設(shè)定還對(duì)棚體的封閉效果進(jìn)行處理與核驗(yàn)，進(jìn)一步保證工程的施工質(zhì)量，推動(dòng)城市鐵路交通行業(yè)與技術(shù)邁上新的發(fā)展臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡(jiǎn)介]包海強(qiáng)（1990—），男，甘肅隴南人，本科，工程師，研究方向：房屋建設(shè)。