大跨度網(wǎng)架吊裝起步架遞增搬起法施工階段模擬分析

倪 康 李洪泉 徐文濤

(1.南昌航空大學(xué)土木工程學(xué)院，江西 南昌 330029; 2.江西建工機(jī)械施工有限責(zé)任公司，江西 南昌 330096)

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·施工技術(shù)·

大跨度網(wǎng)架吊裝起步架遞增搬起法施工階段模擬分析

倪 康1李洪泉2徐文濤1

(1.南昌航空大學(xué)土木工程學(xué)院，江西 南昌 330029; 2.江西建工機(jī)械施工有限責(zé)任公司，江西 南昌 330096)

利用有限元分析軟件，對某大跨度網(wǎng)架起步架遞增搬起法的施工過程進(jìn)行了模擬分析，探討了三種不同拉索方案結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形特征，結(jié)果表明，方案一中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移最小，是該大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工方案的最佳選擇。

大跨度網(wǎng)架，施工階段，拉索，MIDAS

隨著大跨度空間結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系更加新穎，跨度越來越大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，從而對大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工提出更高的要求[1]。早期的分析方法，沒有考慮結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力影響，難以反映施工過程中結(jié)構(gòu)真實(shí)的受力變化。由于大跨度網(wǎng)架的施工過程是結(jié)構(gòu)在不斷變化的過程，在不同的施工階段，結(jié)構(gòu)邊界、位移都是不斷變化的[2]。整個結(jié)構(gòu)的受力也是不斷發(fā)生變化,隨著施工過程的進(jìn)行，結(jié)構(gòu)受力變化的累積，對結(jié)構(gòu)的最終受力產(chǎn)生影響，以至于不能滿足設(shè)計(jì)要求。為減少施工過程中受力變化對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，應(yīng)對結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行計(jì)算分析，確定合理施工方案，保證施工完成后結(jié)構(gòu)的安全[3]。

1 工程概況

內(nèi)蒙古特米爾熱電有限責(zé)任公司環(huán)保儲煤倉工程，建筑面積：17 911 m2，屋面采用螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，采用彩鋼板封閉。儲煤倉總長度軸線為212 m，在儲煤場中線兩側(cè)凈高最高達(dá)到34.7 m，網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)為螺栓球節(jié)點(diǎn)，支座采用C30鋼筋混凝土L字型柱，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土獨(dú)立鋼基礎(chǔ)，網(wǎng)架四周以鋼筋混凝土剪力墻圍護(hù)。鋼管材質(zhì)采用Q235 B熱軋無縫鋼管，螺栓球采用45號鋼，高強(qiáng)度螺栓采用40 Cr，螺母、錐頭及其他鋼板均采用Q235 B鋼。網(wǎng)架分為三個區(qū)，分別為：一區(qū)45 m×16 m、二區(qū)68 m×36 m、三區(qū)110 m×158 m,網(wǎng)架內(nèi)部聯(lián)通，二區(qū)模型如圖1所示。

2 施工方案重點(diǎn)說明

根據(jù)工程特點(diǎn)和施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，本工程的施工難度主要是起弧段網(wǎng)架的安裝和吊裝。由于起弧段網(wǎng)架跨度太大(最大跨度110 m)，且為拱形結(jié)構(gòu)。在拱腳處往往產(chǎn)生較大的水平推力，為降低甚至消除拱腳推力，在網(wǎng)架間設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索，形成預(yù)應(yīng)力索拱結(jié)構(gòu)[4]，從而提高網(wǎng)架整體剛度。因此需要選擇合理的拉索方案，使網(wǎng)架既要滿足設(shè)計(jì)要求，且撓度和位移達(dá)到最小。

1)施工方法。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，并考慮施工過程的合理性，以二區(qū)為例，起步架段網(wǎng)架選取二區(qū)中間跨軸～軸70 m跨度網(wǎng)架，采用2臺汽車式起重機(jī)抬吊至設(shè)計(jì)位置，以該處網(wǎng)架為基礎(chǔ)縱向高空懸挑安裝其余網(wǎng)架。

安裝分兩步進(jìn)行：

a.安裝起步架段網(wǎng)架：采用地面延伸吊裝法安裝起弧段網(wǎng)架，首先在地面拼裝4個網(wǎng)格，用一臺25 t汽車式起重機(jī)吊至柱頂安裝位置，一端放在柱頂支座上，一端放在豎向支撐上，再用一臺25 t汽車式起重機(jī)提起網(wǎng)架地面一端，每提升一次拼裝一個網(wǎng)格，待安裝完4個網(wǎng)格后，改用一臺50 t汽車吊提起網(wǎng)架地面一端，同樣方法一直至起弧段網(wǎng)架安裝完成，如圖2所示，形成一個最小的穩(wěn)定的空間體系。

在網(wǎng)架安裝過程中需驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的撓度和水平位移，當(dāng)撓度和水平位移過大時，設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉索，網(wǎng)架底部設(shè)置豎向支撐，使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的撓度和水平位移滿足網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝設(shè)計(jì)要求。

b.安裝其余網(wǎng)架：以起弧段網(wǎng)架為基礎(chǔ)，縱向向兩端高空懸挑安裝，橫向以階梯狀從兩邊底部向中間進(jìn)行安裝(見圖3)。安裝網(wǎng)架時，以一個網(wǎng)格為一排，逐排遞進(jìn)，從下弦網(wǎng)格開始安裝，隨后安裝腹桿和上弦桿件，邊安裝邊對桿件進(jìn)行測量定位。安裝時應(yīng)墊實(shí)下弦球節(jié)點(diǎn)，確保下弦球節(jié)點(diǎn)不產(chǎn)生位移。

2)施工方案。本文中采取了三種不同的預(yù)應(yīng)力拉索方案進(jìn)行分析，如圖4所示，三種方案各分為7個施工階段。方案一：施工階段一設(shè)置第一根拉索，從支座底部拉至網(wǎng)架跨度1/5處，網(wǎng)架右端底部下弦球節(jié)點(diǎn)處設(shè)置豎向臨時支撐，安裝4個網(wǎng)格后，設(shè)置第二根拉索，臨時支撐移動至網(wǎng)架安裝處底部，待網(wǎng)架安裝完畢，共設(shè)置6根拉索；方案二：施工階段一設(shè)置第一根拉索，從支座底部拉至網(wǎng)架跨度1/10處，安裝3個網(wǎng)格后，設(shè)置第二根拉索，待網(wǎng)架安裝完畢，共設(shè)置8根拉索；方案三：施工階段一設(shè)置第一根拉索，從支座底部拉至網(wǎng)架跨度1/15處，安裝2個網(wǎng)格后，設(shè)置第二根拉索，待網(wǎng)架安裝完畢，共設(shè)置12根拉索。網(wǎng)架初始安裝過程中不考慮預(yù)應(yīng)力張拉，僅采用較小張拉力對拉索張拉，待網(wǎng)架安裝完畢后，對拉索進(jìn)行一次張拉。

3)吊點(diǎn)選擇。進(jìn)行網(wǎng)架吊裝前，需要對所選吊點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算，通過驗(yàn)算吊點(diǎn)方可進(jìn)行網(wǎng)架吊裝[5]。在吊裝過程中，用水準(zhǔn)儀觀測和控制網(wǎng)架準(zhǔn)確位置，每個吊點(diǎn)在兩個上弦球節(jié)點(diǎn)處用鋼絲繩綁扎。通過驗(yàn)算，所選吊點(diǎn)起吊網(wǎng)架桿件應(yīng)力和長細(xì)比均滿足規(guī)范要求和設(shè)計(jì)要求。

3 施工階段模擬分析

選取二區(qū)起弧段中一榀網(wǎng)架，將網(wǎng)架分為7個施工階段，如圖5所示。借助有限元軟件MIDAS對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，在計(jì)算中，考慮結(jié)構(gòu)自重(桿件和螺栓球的自重)和拉索預(yù)應(yīng)力，采用三種不同布索方案進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力和反力的計(jì)算結(jié)果如下。

方案一：MIDAS/GEN軟件分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)最大水平位移21.27 mm，位于CS7階段，如圖6所示，結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力-75.38 N/mm2，拉索最大拉應(yīng)力57.24 N/mm2。水平方向最大支座反力11.41 kN，最小支座反力12.25 kN。

方案二：結(jié)構(gòu)最大水平位移36.52 mm，位于CS7階段，如圖7所示，結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力-79.61 N/mm2，拉索最大拉應(yīng)力70.31 N/mm2。水平方向最大支座反力27.06 kN，最小支座反力19.08 kN。

方案三：結(jié)構(gòu)最大水平位移38.05 mm，位于CS7階段，見圖8。

結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力-82.27 N/mm2，拉索最大拉應(yīng)力63.72 N/mm2。最大支座反力27.87 kN，最小支座反力19.89 kN。

4 方案比選

由三個方案分析結(jié)果可知，在施工階段CS7，方案三位移最大，方案一位移最??；方案三結(jié)構(gòu)壓應(yīng)力最大，方案一最??；方案三拉索拉應(yīng)力最大，方案三最小。綜合以上對比分析，方案一在結(jié)構(gòu)施工過程中，位移、應(yīng)力和索力最小，為最合理方案。

5 結(jié)語

1)對于此類大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，安裝過程中存在諸多難點(diǎn)，需要對網(wǎng)架的變形和位移進(jìn)行專項(xiàng)分析，從而對施工過程提出良好的建議。2)不同的布索方案對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變形和位移大不相同，采用合理的布索方案是結(jié)構(gòu)在施工過程中達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)的關(guān)鍵。3)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在施工過程中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移和變形的大小隨施工過程而變化，位置也大不相同。4)決定結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的不僅僅發(fā)生在設(shè)計(jì)階段，建造過程對結(jié)構(gòu)的影響也不能忽略，只有同時考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，才能保證整個鋼結(jié)構(gòu)體系的安全和穩(wěn)定。

[1] MIDAS GEN工程應(yīng)用指南[Z].

[2] 趙曉光.大型復(fù)雜網(wǎng)架吊裝方案設(shè)計(jì)與安裝順序模擬分析[D].包頭：內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

[3] 譚燕秋,霍立超,王朋飛.大跨度鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體提升施工階段模擬分析[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2015(2)：33-34.

[4] 陸賜麟,尹思明,劉錫良.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)[M].北京:人民交通出版社，2004.

[5] 黃德華,鐘 玲.大型網(wǎng)架分段吊裝與高空散裝綜合運(yùn)用施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(5)：46-47.

On simulation analysis of construction of incremental launching method for large-span space truss

Ni Kang1Li Hongquan2Xu Wentao1

(1.College of Civil Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330029, China;2.Jiangxi Construction Engineering Machinery Constructiion Co., Ltd, Nanchang 330096, China)

The paper adopts the finite element analysis software, undertakes the simulation analysis of the construction process of the incremental launching method for some large-span space truss, explores the internal force and deformation of the three stretching cable schemes, and indicates the first scheme has the smallest internal force and displacement, which can be regarded as the optimal option for the construction scheme of the large-span space truss structure.

large-span space truss, construction phase, stretching cable, MIDAS

1009-6825(2017)08-0093-02

2017-01-09

倪 康(1991- )，男，在讀碩士； 李洪泉(1975- )，男； 徐文濤(1991- )，男，在讀碩士

TU745.2

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