巨型鋼桁架整體提升塊施工變形應(yīng)力分析——以大渡河流域梯級電站調(diào)度中心工程為例

趙立春

(中國華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都610081)

1 工程概況

大渡河流域梯級電站調(diào)度中心工程位于成都市高新區(qū)天府立交橋旁，建筑面積74 028m2，地下2層，地上20層，建筑高度82.9 m。結(jié)構(gòu)形式主要為鋼筋砼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，4～7層水幕、裙樓二層屋面為鋼結(jié)構(gòu)、東側(cè)19～20層為巨型鋼桁架。圖1為該建筑立體效果圖。

圖1 建筑立體效果圖

本工程東側(cè)19～20層鋼結(jié)構(gòu)為巨型鋼桁架。鋼桁架跨度42.3 m，寬度10.75 m，高度8.3 m(2層)。巨型鋼桁架支承在型鋼混凝土柱上的抗震支座上，桁架底部距地72.319 m，拼裝后整體重量為275 t。巨型鋼桁架在施工中采用了整體提升、高空整體水平滑移就位安裝新技術(shù)。

通過仿真模擬技術(shù)，對巨型鋼桁架吊裝全過程進(jìn)行了仿真模擬受力分析和計(jì)算，將整個巨型鋼桁作為提升塊，在提升塊上設(shè)置1、2、3、4四個吊點(diǎn)(如圖2、圖3所示)，采用液壓同步提升設(shè)備對提升塊進(jìn)行整體提升。

為了掌握控制整個巨型鋼桁架在整體提升過程中的應(yīng)力和變形狀態(tài)，確保整個巨型鋼桁架在整體提升過程中的安全性和穩(wěn)定性，需對整個提升過程進(jìn)行施工變形分析和應(yīng)力計(jì)算。

圖2 吊點(diǎn)平面布置

圖3 提升點(diǎn)立體示意

分析計(jì)算時，按照均勻提升和非均勻提升兩種情況進(jìn)行。

2 均勻提升分析

2.1 提升塊均勻提升

提升塊均勻提升時的計(jì)算模型如圖4。

圖4 提升塊均勻提升時的計(jì)算模型

2.2 提升塊各吊點(diǎn)的提升力

考慮四個提升點(diǎn)同步均勻提升，經(jīng)計(jì)算，提升塊各提升點(diǎn)的提升力值如表1所示。

表1 均勻提升時提升塊各提升點(diǎn)的提升力值(kN)

2.3 撓度變形分析

均勻提升時的撓度變形如圖5所示。

圖5 均勻提升時提升塊的撓度變形圖

通過分析，提升塊的最大撓度位于提升塊長向主梁的中點(diǎn)處，經(jīng)計(jì)算，其值為:Ux=－1.28 mm、Uy=0.46 mm、Uz=－9.0 mm，提升塊計(jì)算長度為39.390m，故9.0/39390=1/4376＜1/400，其變形滿足規(guī)范限制要求。

2.4 內(nèi)力分析

2.4.1 軸力

均勻提升時提升塊的軸力如圖6所示。

圖6 提升塊軸力圖

經(jīng)分析，提升塊在提升點(diǎn)附近的構(gòu)件軸力較大，最大的軸力發(fā)生在與提升點(diǎn)相連的桁架的上下弦處，經(jīng)計(jì)算，其最大壓力值為N=804 kN，最大拉力值為T=1 022 kN。

2.4.2 彎矩

通過對個稅改革內(nèi)容的分析，可以發(fā)現(xiàn)此次改革的力度非常大。下面通過實(shí)例進(jìn)一步分析此次個稅改革對我國人民稅負(fù)的影響。

均勻提升時提升塊的彎矩如圖7所示。

圖7 提升塊彎矩圖

經(jīng)分析，提升塊在提升點(diǎn)附近的構(gòu)件彎矩最大，經(jīng)計(jì)算，其最大彎矩值為M=410.7 kN·m。

由此可見，提升塊在提升點(diǎn)附近的構(gòu)件及與提升點(diǎn)相連的桁架的上下弦內(nèi)力較大。其應(yīng)力比如圖8示。

從圖8可以看出，整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)力比值普遍在0.3以下。只有與提升點(diǎn)相連的桁架的上下弦在靠近提升點(diǎn)處應(yīng)力比值較高，最大的應(yīng)力比值達(dá)到了0.41，這與受力分析的結(jié)果是一致的。

從上述結(jié)構(gòu)分析可知，提升塊在均勻提升的條件下，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度均滿足要求。

3 提升塊提升點(diǎn)不均勻提升時的變形分析

在提升過程中，當(dāng)提升塊本身未能保持同步提升時，應(yīng)分別對1、2、3、4四個提升點(diǎn)進(jìn)行不均勻提升變形分析。

圖8 提升塊構(gòu)件應(yīng)力比

3.1 假設(shè)提升點(diǎn)1不均勻提升+3 cm

在提升過程中，假設(shè)提升點(diǎn)1相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm，此時各提升點(diǎn)的反力如表2所示。

表2 不均勻提升時提升塊各提升點(diǎn)的提升力值(kN)

在提升點(diǎn)1相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm時，各提升點(diǎn)的構(gòu)件應(yīng)力比如圖9、圖10所示。

圖9 提升點(diǎn)1相對其他提升點(diǎn)不均勻提升+3 cm時構(gòu)件的應(yīng)力比

圖10 提升點(diǎn)1非均勻提升時結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力比

由此可見，非均勻提升時提升塊將在其提升點(diǎn)產(chǎn)生附加的桿件內(nèi)力，提升塊最大應(yīng)力比為0.44。

3.2 假設(shè)提升點(diǎn)2不均勻提升+3 cm

在提升過程中，假設(shè)提升點(diǎn)2相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm，此時各提升點(diǎn)的反力如表3所示。

表3 不均勻提升時提升塊各提升點(diǎn)的提升力值(kN)

在提升點(diǎn)2相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm時，各提升點(diǎn)的構(gòu)件應(yīng)力比如圖11、圖12所示。

圖11 提升點(diǎn)2相對其他提升點(diǎn)不均勻提升+3 cm時構(gòu)件的應(yīng)力比

圖12 提升點(diǎn)2非均勻提升時結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力比

由此可見，提升塊非均勻提升時將在其提升點(diǎn)產(chǎn)生附加的桿件內(nèi)力，提升塊最大應(yīng)力比為0.32。

3.3 假設(shè)提升點(diǎn)3不均勻提升+3 cm

在提升過程中，假設(shè)提升點(diǎn)3相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm時，各提升點(diǎn)的反力如表4所示。

表4 不均勻提升時提升塊各提升點(diǎn)的提升力值(kN)

在提升點(diǎn)3相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm時，各提升點(diǎn)的構(gòu)件應(yīng)力比如圖13、圖14所示。

圖13 提升點(diǎn)3相對其他提升點(diǎn)不均勻提升+3 cm時構(gòu)件的應(yīng)力比

由此可見，提升塊非均勻提升時將在其提升點(diǎn)產(chǎn)生附加的桿件內(nèi)力，提升塊最大應(yīng)力比為0.28。

圖14 提升點(diǎn)3非均勻提升時結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力比

3.4 假設(shè)提升點(diǎn)4不均勻提升+3 cm

在提升過程中，假設(shè)提升點(diǎn)4相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm時，各提升點(diǎn)的反力如表5所示。

表5 不均勻提升時提升塊各提升點(diǎn)的提升力值(kN)

在提升點(diǎn)4相對于其他提升點(diǎn)的不均勻提升量為+3 cm時，各提升點(diǎn)的構(gòu)件應(yīng)力比如圖15、圖16所示。

圖15 提升點(diǎn)4相對其他提升點(diǎn)不均勻提升+3 cm時構(gòu)件的應(yīng)力比

圖16 提升點(diǎn)4非均勻提升時結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力比

由此可見，提升塊非均勻提升時將在其提升點(diǎn)產(chǎn)生附加的桿件內(nèi)力，提升塊最大應(yīng)力比為0.33。

綜上所述，在保證提升塊非均勻提升點(diǎn)與其他提升點(diǎn)的提升位移差不大于3 cm的情況下，提升塊在提升過程中出現(xiàn)不同步提升時結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度仍滿足要求。