跨度近100m 網架分二次提升模擬分析技術

鐘逸晨 陳惠鵬 于康 史磊 孫波 張報成

1.工程概況

某機庫項目屋蓋結構形式為三邊支承一邊開口（機庫大門），開口邊設置大門桁架。機庫跨度97m，進深80m，屋蓋采用兩層斜放四角錐網架，此部分鋼結構最大安裝標高為+30.00m。根據結構布置特點、現場安裝條件以及提升工藝的要求,鋼結構提升范圍為結構的1～13 軸線×E～P 軸線之間，大門桁架自身高度為7.53m～9.00m，提升高度約為24m，網架和附屬結構（檁條、馬道、大門墻架、吊車軌道等）提升總重量為701t。

圖1 網架平面布置圖

圖2 網架正立面圖

圖3 網架側立面圖

圖4 網架提升立面圖

圖5 網架提升區域示意圖

2.計劃施工思路

網架結構在-0.50m 的地面上拼裝成整體提升單元，在網架下弦層利用混凝土柱和提升支架設置提升平臺（包括網架處使用的提升平臺1 和大門桁架處使用的提升平臺2），在提升單元與上吊點（提升器下端）對應的位置安裝提升下吊點臨時吊具和臨時管，安裝液壓提升系統（主要由液壓提升器、液壓泵源系統、計算機同步控制及傳感檢測系統組成）。調試液壓提升系統，進行試提升，試提升無問題后，進行第一次液壓提升，將提升單元整體提升至3.0m 高度，暫停提升。

圖6 網架提升區域示意圖

圖7 網架第一次提升吊點平面布置圖

圖8 網架第二次提升吊點平面布置圖

圖9 網架與大門桁架對接模型

圖10 網架第二次提升結構計算模型

圖11 網架最大豎向變形

圖12 網架最大應力比

圖13 網架最大提升反力

將提升單元與大門桁架對接（對接桿件見圖5），結構形成整體后，調整提升系統位置（見圖6、圖7）[1]，完成網架受力體系轉換后，進行第二次液壓提升，將網架整體提升至設計安裝位置24.0m高度，補裝剩余后補桿件（見圖5）。結構形成整體受力后，液壓提升器卸載，拆除提升設備及臨時措施，完成網架結構安裝。

3.模擬分析

對結構提升進行模擬分析：網架、支承結構（包括提升平臺1、提升平臺2、提升支架）采用通用有限元分析軟件MIDAS/Gen 進行仿真計算與分析。

3.1 網架有限元仿真分析

恒荷載取結構自重（含檁條、馬道、大門墻架、吊車軌道等附屬結構）;標準荷載組合取1.0 倍恒荷載；基本荷載組合綜合考慮《重型結構和設備整體提升技術規范》[7]及《建筑結構可靠性設計統一標準》[6]，為保險起見，取1.5 倍恒荷載。

圖14 提升平臺1 模型

圖15 提升平臺1 最大應力比

圖16 提升平臺1 最大豎向變形

圖17 提升平臺2 模型

圖18 提升平臺2 最大應力比

圖19 提升平臺2 最大剪應力比

圖20 提升平臺2 最大豎向變形

經通用有限元分析軟件MIDAS/Gen 進行仿真計算與分析，網架結構在提升過程中，最大應力比為0.85 ＜1[1]，滿足《鋼結構設計標準》[5]要求。網架結構最大變形為145mm[3]，其支座間距約為94600mm，變形為跨度的1/652 ＜ 1/400，滿足《鋼結構設計標準》[5]要求。

圖21 提升支架模型

3.2 支承結構有限元仿真分析

支承結構包括提升平臺1（網架處使用）[2][3]、提升平臺2（大門桁架處使用）[3]、提升支架[4]。

恒荷載：為保險起見，取1.1 倍支承結構自重；提升荷載：各提升平臺最大提升反力；風荷載：根據工程經驗，常規結構的風荷載可保守取名義風荷載（提升反力的5%）進行驗算，本計算中名義風荷載（提升反力的5%）大于《重型結構和設備整體提升技術規范》[7]風荷載標準值，故采用名義風荷載進行設計復核。

標準荷載組合取1.0（恒荷載+提升荷載+風荷載）；基本荷載組合綜合考慮《重型結構和設備整體提升技術規范》[7]及《建筑結構可靠性設計統一標準》[6]，取1.3 恒荷載+1.5 提升荷載+1.0風荷載。

經通用有限元分析軟件MIDAS/Gen進行仿真計算與分析，提升時提升平臺1 最大應力比為0.76 ＜1，滿足《鋼結構設計標準》[5]要求；最大豎向變形為3mm，滿足《重型結構和設備整體提升技術規范》[7]要求。

經通用有限元分析軟件MIDAS/Gen進行仿真計算與分析，提升時提升平臺2最大應力比為0.62，最大剪應力比為0.58，最大豎向變形為2mm，均滿足規范要求。

經通用有限元分析軟件MIDAS/Gen進行仿真計算與分析[1]，提升時提升支架最大應力比為0.69，最大豎向變形為9mm，均滿足規范要求。

4.結語

依托工程實例，采用有限元分析軟件MIDAS/Gen 對跨度近100m 網架分兩次提升的施工過程進行仿真計算與分析。通過對網架、提升平臺1、提升平臺2、提升支架等關鍵受力構件進行有限元分析，分析結果顯示,最大應力比、最大剪應力比、變形等指標已滿足規范要求。目前該網架已整體提升至設計安裝位置。

圖22 提升支架最大應力比

圖23 提升支架最大豎向變形

圖24 網架整體提升完成