鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)論文(2)
鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)論文
鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)論文篇二
鋼結(jié)構(gòu)滑移施工技術(shù)
【摘 要】現(xiàn)階段大跨度鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于鐵路站房建設(shè)，施工技術(shù)更是日新月異。以下以莆田站站房鋼結(jié)構(gòu)工程為例，說明滑移施工技術(shù)在大型鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】大跨度;空間桁架;整體累積滑移
1 工程簡介
莆田站站房分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個區(qū)段，結(jié)構(gòu)采用混凝土柱、梁形成框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)屋蓋。站房順軌道方向長約243m，寬約55m。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋支撐于混凝土柱柱頂支座或埋件上，屋面標高為24m―29.66m。站房屋面鋼結(jié)構(gòu)總投影面積為18540�，鋼結(jié)構(gòu)總量2900噸，總滑移重量約2000噸。站房屋面由橫向主桁架和縱向次桁架構(gòu)成，主、次桁架均為鋼管桁架，其中Ⅰ、Ⅲ區(qū)段為平面管桁架，Ⅱ區(qū)段為倒三角空間管桁架。主桁架跨度為50米，最大懸挑距離17.75m。上、下弦桿為Φ245×10、Φ219×8，腹桿為Φ127×6。主桁架與次桁架及檁條構(gòu)成整個鋼屋面體系。站房Ⅱ區(qū)段鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)主要采用Q345B，Ⅰ、Ⅲ區(qū)段材質(zhì)采用Q235B，桁架均采用焊接連接的形式，其中全熔透焊縫等級為二級，其他為三級焊縫。站房鋼結(jié)構(gòu)跨度大且異型構(gòu)件較多，受交叉施工影響，大型吊車無法就近施工，高空散拼，整體提升均不能滿足施工要求，考慮滑移施工技術(shù)，本工程采用整體累積滑移方法，節(jié)省工裝材料，保證工期進度。
2 滑移施工技術(shù)
2.1 滑移施工技術(shù)簡介
本工程的滑移工作量為1軸線～28軸線間的主桁架(含部分次結(jié)構(gòu))。因滑移結(jié)構(gòu)的特點，在不同分區(qū)內(nèi)設(shè)置滑移軌道時，其中心不在同一條直線上，所以需要設(shè)計兩套滑移支座來解決換手難題。
采用液壓頂推滑移鋼桁架結(jié)構(gòu)，需設(shè)置專用的滑移軌道，待滑移構(gòu)件(或滑靴)坐落于滑移軌道上，通過安裝在構(gòu)件上的滑移設(shè)備頂推滑移構(gòu)件，沿軌道由初始拼裝位置滑移至設(shè)計位置就位。根據(jù)工程特點，滑移軌道共鋪設(shè)2條，分別在B軸線及H軸線處的剪力墻上方。并在剪力墻上方每1m設(shè)置預埋板400*200*16 mm。
液壓同步爬行施工技術(shù)特點：
2.1.1 與傳統(tǒng)的卷揚機鋼絲繩牽引不同，爬行機器人滑移過程的推進力及推進速度完全可測和可控。計算機系統(tǒng)通過傳感器檢測爬行機器人的推進力及速度，控制各機器人之間的協(xié)調(diào)同步，當有意外超載或同步超差時，系統(tǒng)會及時做出調(diào)整并發(fā)出報警信號，從而使滑移過程更加安全可靠;
2.1.2 通過爬行機器人設(shè)備的模塊化組合、擴展，被滑移構(gòu)件的重量、尺度和滑移距離不受限制;
2.1.3 設(shè)備體積小、自重輕、承載能力大，自動化程度高，操作方便靈活，安全可靠性好，特別適合于在狹小空間或起重設(shè)備難以進入的施工場地進行大體量構(gòu)件的累積滑移安裝;
2.1.4 可多點頂推，分散主桁架結(jié)構(gòu)、滑移梁及混凝土柱梁所受附加力;
2.1.5 推移反力由距構(gòu)件很近的一段軌道直接承受，因此對軌道基礎(chǔ)處理要求低;
2.1.6 由于液壓爬行器與構(gòu)件采用硬連接，易于同步控制，就位準確性高。
根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)安裝特點及工期的合理性，將屋面鋼結(jié)構(gòu)分為三個區(qū)域，分區(qū)一為六榀主桁架及其次結(jié)構(gòu)，分區(qū)二為十九榀主桁架及其次結(jié)構(gòu)，分區(qū)三為七榀主桁架及其次結(jié)構(gòu)，每個區(qū)域作為一個獨立的滑移單元。即1～5軸線(6榀桁架)為第一滑移單元，6～22軸線(19榀桁架)為第二滑移單元，23～28軸線(7榀桁架)為第三滑移單元。
如下圖所示：
2.2 液壓滑移原理
“液壓同步滑移施工技術(shù)”采用液壓爬行器作為滑移驅(qū)動設(shè)備。液壓爬行器為組合式結(jié)構(gòu)，一端以楔型夾塊與滑移軌道連接，另一端以鉸接點形式與構(gòu)件連接，中間利用液壓油缸驅(qū)動爬行。
自鎖型液壓爬行器是一種能自動夾緊軌道形成反力，從而實現(xiàn)推移的設(shè)備。此設(shè)備可拋棄反力架，省去了反力點的加固問題，省時省力，且由于與被移構(gòu)件以鉸接形式連接，同步控制較易實現(xiàn)，就位精度高。
液壓爬行器的楔型夾塊具有單向自鎖作用。當油缸伸出時，夾塊自動鎖緊滑移軌道，推動結(jié)構(gòu)向前進;油缸縮回時，夾塊松開，與油缸同方向移動。
液壓滑移技術(shù)主要設(shè)備為：TJG-1000型液壓爬行器;TJV-15型液壓泵源系統(tǒng);YT-1型計算機同步控制系統(tǒng)。
液壓滑移技術(shù)同步控制系統(tǒng)：液壓同步滑移施工技術(shù)采用計算機控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能。
2.3 滑移施工作業(yè)流程
桁架分段的吊裝就位→桁架間次桁架及檁條等主結(jié)構(gòu)安裝就位→液壓爬行器的布置及調(diào)試→操作爬行器工作將滑移單元向前滑移一個主桁架間距(本次滑移一榀桁架與下一榀桁架的間距)→重復上述步驟滑移至安裝位置就位。
2.3.1滑移施工前應(yīng)做好如下準備工作：
a)桁架上的分段下端根據(jù)設(shè)計計算要求安裝滑靴，并在滑靴底面根據(jù)滑靴與滑移軌道的位置關(guān)系設(shè)置滑移擋板，在滑移過程中起到水平限位和導向作用。
b)在滑移單元安裝爬行器，根據(jù)設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)的特性，采用推進式爬行器，即將爬行器設(shè)置與滑移單元的后端根據(jù)受力計算并結(jié)合爬行器連接件的尺寸等構(gòu)造要求在爬行器連接的滑靴上設(shè)置耳板。
c)在進行滑移軌道及相應(yīng)支撐布置時，須同時將滑移設(shè)備進行布置：根據(jù)軌道及軌道上爬行器及相關(guān)控制系統(tǒng)的合理布置;并在桁架滑移前完成檢查及調(diào)試工作。
液壓爬行推進系統(tǒng)設(shè)備安裝型式如下圖所示：
2.3.2 施工流程
整個站房鋼結(jié)構(gòu)屋蓋安裝涉及同步累積滑移作業(yè)的施工流程主要分為如下六個步驟：
第一步：滑移軌道布置、鋪設(shè);
第二步：液壓爬行系統(tǒng)設(shè)備安裝、調(diào)試;
第三步：主桁架等鋼結(jié)構(gòu)累積滑移; 第四步：鋼屋蓋結(jié)構(gòu)全部滑移到位、調(diào)整;
第五步：滑移設(shè)施(液壓爬行器、軌道、大梁等)拆除。
鋼屋蓋滑移方向由北向南，直至全部主桁架及其間次結(jié)構(gòu)安裝完畢、滑移到位。
2.3.3 工作內(nèi)容
在整個鋼結(jié)構(gòu)屋蓋同步累積滑移作業(yè)施工中，滑移專業(yè)作業(yè)主要完成如下內(nèi)容：
提供液壓爬行器外形及安裝尺寸，配合滑靴及滑移頂推點設(shè)計;
提供滑移軌道的型號和型式，提出安裝要求;
安裝及拆除液壓同步滑移系統(tǒng)設(shè)備;
液壓同步滑移系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試;
2.3.4 滑移施工前注意事項：
(1)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋同步累積滑移的安裝工藝特點，配置液壓爬行系統(tǒng)設(shè)備;
(2)結(jié)合主桁架支座處的結(jié)構(gòu)特點，進行滑靴及滑移頂推點設(shè)計、制作及安裝;
(3)滑移軌道及預埋件設(shè)計、制作及安裝;
(4)液壓泵源系統(tǒng)的檢修與調(diào)試;泵源系統(tǒng)耐壓實驗、泄漏檢查、可靠性檢查。
(5)液壓爬行器的試驗;液壓爬行器主油缸的耐壓和泄漏試驗，必要時更換新的密封圈;液壓鎖的可靠性試驗。
(6)楔型夾塊的全面檢修。
(7)電氣控制系統(tǒng)檢修與試驗;計算機同步控制系統(tǒng)、泵站控制柜及各種傳感器的檢修與調(diào)試。
2.3.5 液壓爬行系統(tǒng)配置
(1)總體布置原則
滿足鋼結(jié)構(gòu)屋蓋累積滑移驅(qū)動力的要求，盡量使每臺液壓爬行器受載均勻;盡量保證每臺泵站驅(qū)動的液壓爬行器數(shù)量相等，提高泵源系統(tǒng)利用率;在總體布置時，須保證各連接處及相應(yīng)操作環(huán)節(jié)、設(shè)備及系統(tǒng)的安全性和可靠性，以保證施工過程的安全。
(2)滑移承重系統(tǒng)配置
本工程中滑移軌道共設(shè)置2組，每組(條)軌道上根據(jù)單個滑靴支點及總的反力值，配置滿足同步頂推滑移的液壓爬行器數(shù)量，以保證滑移過程中鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的穩(wěn)定和安全。
在第一榀主桁架兩端滑靴處、軌道上各配置一組(一臺)TJG-1000型液壓爬行器，滑移過程荷載不均勻系數(shù)取1.2，動荷載系數(shù)取1.05，摩擦系數(shù)取0.2，每塊滑移分區(qū)的兩條軌道上的自重荷載分布按照基本相同考慮，則：
單臺液壓爬行器的最大工作荷載為：400×1.2×1.05×0.2/2)=50.4噸。單臺液壓爬行器的最小頂推力裕度系數(shù)為：100/50.4=2。
根據(jù)設(shè)備設(shè)計規(guī)范及類似工程經(jīng)驗，液壓爬行器采用如上頂推力裕度系數(shù)能夠滿足本工程同步滑移的需求。
(3)泵源系統(tǒng)配置
由于各滑移胎架頂推點之間距離很遠，故泵源系統(tǒng)采用跟隨液壓爬行器配置。即每組的兩臺液壓爬行器并聯(lián)，配置一臺泵源系統(tǒng)。
本工程中液壓泵源系統(tǒng)選用TJD-15型常規(guī)泵站，共配置4臺。
(4)滑移速度
液壓同步滑移系統(tǒng)設(shè)備的頂推速度取決于泵源系統(tǒng)的配置及流量、同步控制策略和其他輔助工作所占用的時間。
在本工程中，滑移水平推移速度 >10米/小時。
2.3.6 同步滑移控制
(1)滑移控制策略
液壓滑移同步控制應(yīng)滿足以下要求：
盡量保證各臺液壓爬行器均勻受載;
保證各個滑移點保持同步。
根據(jù)以上要求，制定如下的控制策略：
將單側(cè)兩臺液壓爬行器并聯(lián)，并設(shè)定為基準點即主令點A，位于另一側(cè)的兩臺液壓爬行器并聯(lián)并設(shè)定為從令點B。
滑移控制點平面布置見下圖：
在計算機的控制下從令點B以位移量來跟蹤比對主令點A，保證各臺液壓爬行器在滑移過程中始終保持同步。
(2)同步控制原理
滑移同步控制原理框圖詳見下圖：
2.3.7 液壓同步滑移系統(tǒng)調(diào)試
(1)系統(tǒng)調(diào)試
液壓滑移設(shè)備系統(tǒng)安裝完成后，按下列步驟進行調(diào)試：
檢查泵站上所有閥或硬管的接頭是否有松動，檢查溢流閥的調(diào)壓彈簧處于是否完全放松狀態(tài)。
檢查泵站啟動柜與液壓爬行器之間電纜線的連接是否正確。
檢查泵站與液壓爬行器主油缸之間的油管連接是否正確。
系統(tǒng)送電，檢查液壓泵主軸轉(zhuǎn)動方向是否正確。
在泵站不啟動的情況下，手動操作控制柜中相應(yīng)按鈕，檢查電磁閥和截止閥的動作是否正常，截止閥編號和牽引器編號是否對應(yīng)。
檢查傳感器(行程傳感器，位移傳感器)。按動各臺液壓爬行器行程傳感器的2L、2L-、L+、L-，使控制柜中相應(yīng)的信號燈發(fā)訊。
滑移前檢查：啟動泵站，調(diào)節(jié)一定的壓力(5Mpa左右)，伸縮爬行器主油缸：檢查A腔、B腔的油管連接是否正確;檢查截止閥能否截止對應(yīng)的油缸;檢查比例閥在電流變化時能否加快或減慢對應(yīng)油缸的伸縮速度。
預加載：調(diào)節(jié)一定的壓力(2～3Mpa)，使楔形夾塊處于基本相同的鎖緊狀態(tài)。
(2)分級加載試滑移
待液壓同步滑移系統(tǒng)設(shè)備檢測無誤后開始試滑移。經(jīng)計算，確定液壓爬行器所需的伸缸壓力(考慮壓力損失)和縮缸壓力。
開始試滑移時，液壓爬行器伸缸壓力逐漸上調(diào)，依次為所需壓力的20%，40%，在一切都正常的情況下，可繼續(xù)加載到60%，80%，90%，100%。
鋼結(jié)構(gòu)屋蓋主桁架滑靴剛開始有移動時暫停滑移推進，保持滑移設(shè)備系統(tǒng)壓力。對液壓爬行器及設(shè)備系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行全面檢查，在確認整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性絕無問題的情況下，才能開始正式滑移。
2.3.8 液壓滑移安全措施
(1)在一切準備工作做完之后，且經(jīng)過系統(tǒng)的、全面的檢查無誤后，現(xiàn)場滑移作業(yè)總指揮檢查并發(fā)令后，才能進行正式進行滑移作業(yè)。
(2)在液壓滑移過程中，注意觀測設(shè)備系統(tǒng)的壓力、荷載變化情況等，并認真做好記錄工作。
(3)在滑移過程中，測量人員應(yīng)通過激光測距儀及鋼卷尺配合測量各滑移點位移的準確數(shù)值。
(4)滑移過程中應(yīng)密切注意滑移軌道、液壓爬行器、液壓泵源系統(tǒng)、計算機同步控制系統(tǒng)、傳感檢測系統(tǒng)等的工作狀態(tài)。
(5)現(xiàn)場無線對講機在使用前，必須向工程指揮部申報，明確回復后方可作用。通訊工具專人保管，確保信號暢通。
2.3.9滑移到位卸載施工說明
站房桁架滑移到位后，標高高于桁架實際安裝高度，故必須進行卸載。本工程卸載采用50t級的千斤頂80只。卸載處采用1300mm的短軌道。
站房桁架滑軌高為140mm，桁架支座底部支座高位670mm，故滑靴厚度設(shè)置350mm，此時用兩只50t千斤頂將桁架頂起30mm左右，即可將在卸載處設(shè)置1300mm長的短軌道及滑靴抽出，然后將支座安裝到位。
3 結(jié)語
莆田站鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中，站房屋面使用大型構(gòu)件液壓爬行推進系統(tǒng)累積滑移就位的施工技術(shù)進行作業(yè)，既滿足了莆田站鋼結(jié)構(gòu)安裝的質(zhì)量要求，也保證了屋面結(jié)構(gòu)體系安裝精度要求。同時為以后的大跨度屋面鋼結(jié)構(gòu)安裝施工，積累了寶貴的經(jīng)驗，具有良好的使用推廣價值。
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