鋼結構滑移施工計算及邊界條件探討

何文滔，馮玩豪，顧磊

（1.中建鋼構有限公司，廣州 510699；2.哈爾濱工業大學深圳研究生院，廣東深圳518055）

鋼結構滑移施工計算及邊界條件探討

何文滔1，馮玩豪1，顧磊2

（1.中建鋼構有限公司，廣州 510699；2.哈爾濱工業大學深圳研究生院，廣東深圳518055）

介紹了滑移法施工計算所包括的滑移結構支點反力、滑移總動力、摩擦力、滑移軌道梁設計等計算；以某工程實例進行了滑移施工模擬分析，分析的工況包括啟動階段、正常滑移階段、爬行器不同步階段、制動階段的分析；重點對比分析了滑移結構在7種不同邊界約束條件下的結構響應。經過分析，給出了滑移施工模擬分析時如何設定邊界條件的建議，可供類似滑移分析計算作參考。

滑移；施工模擬；分析方法；邊界條件

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.003

1 引言

滑移法是指結構整體或分條的結構單元先在具備拼裝條件的位置組裝成型，再在預先設置的滑軌上滑移到設計位置拼接成整體的安裝方法。滑移法施工很好地解決了大型吊裝設備無法進入安裝區域作業的難題。滑移安裝與下部施工可以平行立體作業，大大加快了工期；此外,滑移法對起重設備、牽引設備要求不高，降低了起重機或卷揚機等級，而且只搭設局部的拼裝支架，大大減少了搭設滿堂腳手架的施工成本，為此滑移法具有很大的優越性，工程應用也相當廣泛。

滑移單元的結構形式多樣，自身強度和穩定性參差不齊，那么我們計算模型中單元邊界條件應該如何考慮，不同的設置方法對滑移單元的受力影響有多大，為此本文對滑移施工的計算尤其是結構邊界條件的假定進行了探討。

2 滑移施工計算內容

滑移施工工藝中的滑移系統主要包括：拼裝胎架、滑移軌道梁、軌道選型、滑移構造系統等。計算內容主要包括滑移結構支點反力、滑移總動力、摩擦力、滑移軌道梁設計等。

2.1 滑移結構重量計算

通過軟件計算求得滑移結構的總重量Ge以及每個支座處的豎向力Gz，計算模型中需釋放水平約束，只考慮自身的重力。

2.2 滑移總動力計算

根據滑移摩擦方式的不同可分為滑動摩擦和滾動摩擦，其啟動總動力計算公式分別為[1]：

滑動摩擦 F=γkusGe；

式中,F為啟動總動力；γ為動力增大系數，可取1.2～1.5；k為阻力系數，可取1.4；us為滑動摩擦系數，可取0.1～0.2；ur為滾動摩擦系數，可取0.05～0.1；Ge為滑移結構總重量；d為鋼軌與鋼輪間距，可取0.5mm；R為滾輪外半徑；r為滾軸的外半徑。

2.3 支座與軌道的摩擦力計算

由支座的豎向反力，按下述公式可求出結構與滑移軌道在接觸部位的摩擦力。

滑動摩擦力P=kusGz

滑移分析時將摩擦力施加到滑移單元與滑軌的每一個接觸部位，方向與滑行方向相反。

2.4 滑移軌道梁計算

滑移軌道梁是滑移施工中重要構件之一，主要根據滑移支點作用力及梁跨度大小進行剛度和強度驗算。

2.5 計算工況分類

2.5.1 啟動階段

當滑移動力小于軌道對支座的摩擦力時滑移結構靜止不動，當動力逐步增大到可以克服靜摩擦力時,瞬時滑移結構會出現突然向前跳動的現象，產生一定的加速度，雖然這一加速度比較小，但也會對滑移結構產生一定的影響，特別是對較柔較重的滑移結構。正常的滑移速度一般不大于0.3m/min，考慮行程往返，實際滑移速度v約為2×0.3m/min，假定滑移啟動時，在t（0.5s）內加速到2v，則慣性加速度為0.02m/s2。將此加速度施加在整體結構的上部，驗算對結構應力和變形的影響。

2.5.2 正常滑移階段

在正常滑移階段，主要考慮頂推力及摩擦力對滑移結構的作用。

2.5.3 爬行器不同步

在結構滑移的過程中，有可能會因為爬行器失效或其他原因導致結構滑移不同步，由于滑移結構的平面剛度較小，因此需考慮滑移不同步對結構的影響。在計算中可考慮滑移不同步20mm。

2.5.4 制動階段

在制動的過程中，由于滑移結構一般都行駛緩慢，制動時的滑行距離很短，一般不到1mm。

3 滑移結構邊界條件探討

3.1 滑移結構概述

為了更好地探討不同的邊界條件對滑移結構受力的影響，現以某大型工業廠房為例進行對比分析，如圖1所示，該工程鋼結構桁架設置在13.6m樓板以上，鋼結構施工需待土建施工完成后移交作業面，在13.6m樓板上設置滑移導軌及支撐胎架，構件在地面采用汽車吊進行拼裝，履帶吊將拼裝后的吊裝至13.6m樓板支撐胎架上，進行組裝，組裝成三榀桁架后進行滑移，滑移根據桁架結構形式，設置低區滑移軌道和高區滑移軌道。

圖1 計算案例整體模型

根據項目結構情況，本分析選取較有代表性的中間分段進行模擬分析，其余分段的分析與此類同，根據施工方案，本計算選用P2區F12、F15與F1-A、F1-S軸線間的結構進行滑移驗算分析，如圖2所示。該分段具體位置及分段形式如下，該框架總跨度為96m，其中數字為滑移支點編號。滑移計算模型中未把胎架及滑移梁建入模型，胎架及滑移梁另行計算。與軌道的摩擦系數取值0.2，采用midas/Gen對各滑移工況進行模擬分析。

為了更好地對比分析，支座設置情況對滑移結構的影響，本計算只考慮結構正常滑移過程中，不同的水平約束工況對滑移結構的影響,各支點反力如表1所示。

表1 滑移力計算表

圖2 滑移單元及約束點示意圖

3.2 邊界工況分析

本文共考慮了7種邊界約束工況，具體如下：

工況1：X向約束在前邊，Y向約束在右邊，即X向約束點在1,5,9,12,15,19;Y向約束點1,2,3,4。

工況2：X向約束在中部，Y向約束在左邊，即X向約束點在3,7,10,13,17,21;Y向約束點1,2,3,4。

工況3：X向約束在后邊，Y向約束在左邊，即X向約束點在4,8,11,14,18,22;Y向約束點1,2,3,4。

工況4：X向約束在頂部，Y向約束在左邊，即X向約束點在8228,8240;Y向約束點1,2,3,4。

工況5：Y向沿軌道加措施梁，X向約束在前邊，Y向約束在右邊，即X向約束點在1,5,9,12,15,19;Y向約束點1,2,3,4。

工況6：Y向沿軌道加措施梁，X向約束在后邊，Y向約束在左邊，即X向約束點在4,8,11,14,18,22;Y向約束點1,2,3,4，如圖3所示。

工況7：在所有支點增加X、Y向水平彈性約束。

圖3 加措施梁示意圖

（通過在滑移單元鋼柱下端增加措施梁，增強滑移單元整體性）

3.3 各工況響應匯總

限于篇幅，本文工況結果以表格形式表述。各工況下，滑移分段響應如表2所示。

表2 結構響應結果

4 結語

從滑移結構各邊界約束工況的分析可知：

1）7種邊界工況的整體應力及X、Y、Z向的位移都較為相近，數值差異不大，說明7種邊界條件的設置方法對滑移結構的整體響應影響不大。

2）在沒有沿軌道加措施梁的工況1～4中，工況3的局部構件應力為70.16MPa，與其他3種工況的應力相差較大，大于50%，工況3的X向約束點在4，8，11，14，18，22，這6個點是作為頂推力輸入點，而此時把該點約束，頂推力傳至支座，所以此時的力值會變小。

3）在沿軌道加措施梁的工況5、工況6中，兩種工況的局部構件應力分別為-21.42MPa、-19.22MPa，兩者相差不大，這是因為加措施梁后，滑移結構的整體性加強了，特別是樓層以下各柱的整體性。

4）在工況1～4和工況5～6中，局部構件應力相差很大，說明滑移結構整體性對構件應力影響很大，特別是與滑軌聯系較為密切的構件，為此在對結構進行滑移前，應適當加強結構的整體性，以防止個別構件破壞。方式設置：第一種，各滑移支點均約束Z向位移，同時釋放扭轉；在最側邊軌道上的各滑移支點，可約束其垂直于滑移方向的水平位移；在垂直軌道方向，最側邊的滑移支點，可約束其滑移方向的水平位移。第二種，各滑移支點均約束Z向位移，同時釋放扭轉；各滑移支點均設置彈性很小的彈性水平約束。

【1】鮑廣鑒，曾強，大跨度空間鋼結構滑移施工技術[J].施工技術，2005,（10）：2-4.

Studyon SlidingConstructionCalculationandBoundaryConditions

HE Wen-tao1,FENGWan-hao1,GULei2
（1.ConstructionSteelStructureCo.Ltd.,Guangzhou 510699，China; 2.ShenzhenGraduateSchoolofHarbinInstituteof Technology,Shenzhen 518055，China）

Thispaperintroducescalculationmethodaboutslidingconstruction,includingstructurepivotforce,slipforce,friction,sliding trackbeamdesign;Takinganengineeringexampletocarryonthesimulationanalysisofslidingconstruction,analysisconditionsincludethe start-upphase,normalslipstage,climbinganalysisfordeviceisnotsynchronousphase,brakingstage;comparativeanalysisofslipstructurein 7 different kinds of boundary conditions are given,it has disccuss about how to set the boundary conditions for simulation analysis of slip construction,anditcanbeusedasreferenceforsimilarslipanalysis.

slip;constructionsimulation;analysismethod;boundarycondition

TU391;TU311.3

A

1007-9467（2016）06-0032-03

2016-01-04

何文滔（1982～），男，廣東韶關人,工程師，從事鋼結構設計與研究，（電子信箱）16732147@qq.com。