陳　慶, 蔣曉洪

(中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司, 四川成都 610063)

計(jì)算機(jī)控制液壓同步提升技術(shù)是一項(xiàng)新穎的構(gòu)件提升安裝施工技術(shù)，它采用柔性鋼絞線承重、提升油缸集群、計(jì)算機(jī)控制、液壓同步提升原理，結(jié)合現(xiàn)代化施工工藝，將成千上萬(wàn)噸的構(gòu)件在地面拼裝后，整體提升到預(yù)定位置安裝就位，實(shí)現(xiàn)大噸位、大跨度、大面積的超大型構(gòu)件高空整體同步提升。

計(jì)算機(jī)控制液壓同步提升技術(shù)的核心設(shè)備采用計(jì)算機(jī)控制，可以全自動(dòng)完成同步升降、實(shí)現(xiàn)力和位移控制、操作閉鎖、過(guò)程顯示和故障報(bào)警等多種功能，是集機(jī)、電、液、傳感器、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)于一體的現(xiàn)代化先進(jìn)施工設(shè)備。

1　工程概況

南充博物館為大型綜合性博物館，建設(shè)內(nèi)容主要包括藏品用房、陳列展覽用房、技術(shù)及管理用房、觀眾服務(wù)設(shè)施用房以及設(shè)備配置等，項(xiàng)目占地面積為38 119 m2，建筑面積為49 157 m2(圖1、圖2)。

圖1　建筑整體效果

圖2　鋼結(jié)構(gòu)整體效果

地上四層，地下一層，地下局部設(shè)有夾層，采用鋼筋混凝土筒體-鋼桁架-鋼筋混凝土框架組成的混合結(jié)構(gòu)體系，建筑高度31.2 m。

二層設(shè)有局部懸挑桁架；三層樓面以上由四個(gè)鋼筋混凝土筒體支承八榀主鋼桁架形成的屋蓋鋼結(jié)構(gòu),主鋼桁架凈跨度約40 m，外挑約15～17 m。主桁架材質(zhì)為Q420B，鋼桁架最大高度9.1 m。

核心筒共計(jì)有四個(gè)，采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，核心筒鋼柱采用□400×400×50箱型鋼骨柱，材質(zhì)Q345B，鋼骨柱外裹C40混凝土。

鋼屋蓋在-6.75 m標(biāo)高中風(fēng)化泥巖上整體拼裝，然后整體提升。桁架提升到設(shè)計(jì)標(biāo)高位置后，連接桁架上、下弦及桁架腹桿等，待連體桁架結(jié)構(gòu)形成受力體系后，再安裝其它結(jié)構(gòu)。提升時(shí)一次提升到位，提升高度約28 m。桁架屋蓋平面投影94.6 m×99.4 m，高度9.1 m。該桁架提升總重7 800 t(圖3、圖4)。

圖3　施工效果

圖4　施工實(shí)照

2　整體提升施工工藝

2.1　整體提升流程

整體提升流程見(jiàn)圖5。

圖5　整體提升流程

2.2　提升點(diǎn)布置

桁架提升點(diǎn)布置在四個(gè)核心筒四周主桁架上弦桿，共布置32個(gè)提升點(diǎn)，每個(gè)提升點(diǎn)布置1臺(tái)350 t油缸。每個(gè)核心筒頂布置2臺(tái)液壓泵站，共計(jì)8臺(tái)，流量為80 L/min(圖6～圖8)。

圖6　提升布置

圖7　液壓泵站

圖8　液壓油缸

2.3　提升點(diǎn)設(shè)計(jì)

提升上吊點(diǎn)設(shè)置于柱頂提升架上，下吊點(diǎn)設(shè)置于桁架上弦桿上，提升耳板對(duì)應(yīng)桁架內(nèi)部設(shè)置加筋板(圖9)。

結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力較小，模擬計(jì)算最大變形為2.93 mm。結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度及變形要求。

圖9　提升上吊點(diǎn)效果

圖10　提升點(diǎn)受力分析一

下吊點(diǎn)效果圖模擬計(jì)算最大變形為0.98 mm，對(duì)周圍混凝土結(jié)構(gòu)影響較小，結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度及變形要求(圖11)。

圖11　提升點(diǎn)受力分析二

模擬計(jì)算結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力較小，最大變形為1.66 mm。結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度及變形要求(圖12)。

圖12　提升點(diǎn)受力分析三

2.4　提升支架設(shè)計(jì)

利用核心筒頂部專業(yè)設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)提升架作為提升吊點(diǎn)提升屋蓋主桁架。每個(gè)核心筒設(shè)置8個(gè)提升吊點(diǎn)，同時(shí)提升縱向和橫向主桁架結(jié)構(gòu)。提升桁架高度為3.5 m，長(zhǎng)度13 m，兩端各懸挑3 m，主要由H型及箱型截面構(gòu)成，材質(zhì)Q345B(圖13)。

最大應(yīng)力比0.81，最大位移9.3 mm，滿足要求(圖13)。

2.5　加固桁架設(shè)計(jì)

加固的方式主要是在核心筒周圍設(shè)置環(huán)向加固桁架，將斷開(kāi)的桁架連成整體，以保證提升過(guò)程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形滿足要求，主要由H型及箱型截面構(gòu)成，材質(zhì)Q345B(圖14、圖15)。

2.6　整體提升施工模擬

采用Sap2000程序的空間桿系有限元方法計(jì)算。桁架結(jié)構(gòu)采用Frame單元，荷載作用點(diǎn)(鉸接或剛接節(jié)點(diǎn))到截面形心的偏心采用剛臂(剛體約束)模擬。結(jié)構(gòu)重量采用分段計(jì)算(圖16)。

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)拼裝時(shí)，依據(jù)模擬計(jì)算結(jié)構(gòu)變形值(最大變形70 mm)，進(jìn)行相應(yīng)反起拱，以抵消結(jié)構(gòu)變形。結(jié)構(gòu)應(yīng)力比最大0.8，在加固桁架角部位置。

3　整體提升

3.1　提升準(zhǔn)備階段

(1)采用MIDAS/GEN V800程序?qū)μ嵘A段進(jìn)行分析，確保安裝有科學(xué)的理論支撐。

(2)檢查拼裝焊接質(zhì)量，測(cè)量結(jié)構(gòu)變形情況與設(shè)計(jì)圖比較，確保質(zhì)量、變形可控范圍。

(3)支撐提升的提升架應(yīng)根據(jù)使用要求，進(jìn)行模擬計(jì)算，滿足國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求。提升架的安裝應(yīng)符合審圖后的圖紙，驗(yàn)收合格后才能投入使用。

編號(hào)X向水平力/kNY向水平力/kNZ向豎向力/kNX向彎矩/kN·mY向彎矩/kN·ma800492442250384b8758032873329542c9109355232192332d766506292881477

圖13　提升支架受力分析

圖14　環(huán)向加固桁架平面布置

圖15　環(huán)向加固桁架效果

圖16　整體提升施工模擬

(4)通過(guò)模擬計(jì)算設(shè)置了32個(gè)吊點(diǎn)，提升前根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)置好吊點(diǎn)位置提升結(jié)構(gòu)與提升架可靠連接，提升前應(yīng)驗(yàn)收檢查滿足提升要求后才能使用。

(5)提升鋼拉索(鋼絞線)加大安全系數(shù)模擬計(jì)算選用直徑，按照ASTMA416-87a國(guó)家規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收。提升前應(yīng)檢查鋼絞線穿入提升缸、提升結(jié)構(gòu)連接，檢查錨具，滿足提升安全后才能使用。

(6)液壓提升設(shè)備設(shè)置、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、安全控制措施應(yīng)按照施工方案進(jìn)行配置并進(jìn)行驗(yàn)收。

(7)調(diào)試好提升控制系統(tǒng)，預(yù)演提升中的突發(fā)狀況，安全應(yīng)急措施使用狀態(tài)。

3.2　整體提升

(1)試提升，拆除輔助拼裝的支撐，將結(jié)構(gòu)提升離開(kāi)地面約150 mm高，12 h內(nèi)不間斷，測(cè)量結(jié)構(gòu)變形情況，觀察提升系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)正常。

(2)正式提升，結(jié)構(gòu)在12 h后勻速上升，隨時(shí)注意結(jié)構(gòu)、提升架變形情況；注意提升系統(tǒng)的安全措施，確保突發(fā)事件的應(yīng)急；提升過(guò)程中，提升區(qū)域內(nèi)不能有障礙物；設(shè)置專人觀察鋼絞線、錨固點(diǎn)等工作情況；與提升無(wú)關(guān)人員禁止進(jìn)入提升現(xiàn)場(chǎng)，專人負(fù)責(zé)安保工作；提升注意3d內(nèi)的天氣情況，測(cè)定風(fēng)速、風(fēng)向；現(xiàn)場(chǎng)配備滅火設(shè)備。

(3)提升就位，提升到指定高度，用鋼板固定對(duì)接口，千斤頂支撐對(duì)接口，使對(duì)接在絕對(duì)靜止、溫度變化小的狀態(tài)下焊接。結(jié)構(gòu)安裝焊接完成后，分級(jí)卸載，直至所有荷載承受在原結(jié)構(gòu)上，控制和檢測(cè)負(fù)載狀況，保證結(jié)構(gòu)變形在安全和可控范圍內(nèi)拆除提升設(shè)備。

4　應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

利用有限元分析方法對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析，得到有限元分析數(shù)值、并預(yù)估鋼結(jié)構(gòu)變形；在施工過(guò)程中，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變片反饋的監(jiān)測(cè)數(shù)值與有限元分析的對(duì)比所得的誤差值，修正和調(diào)整提升施工，直至完成屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工。采用上述方法，通過(guò)應(yīng)力應(yīng)變片及時(shí)反映出被監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，預(yù)測(cè)變形發(fā)展趨勢(shì)，提拱信息反饋，確保建筑物、重要設(shè)備及施工過(guò)程的安全性和使用功能，具有監(jiān)測(cè)精度要求高、監(jiān)測(cè)頻次密集的有益效果，并能夠有效提升屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和施工精度。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)南充市博物館鋼結(jié)構(gòu)整體提升施工控制技術(shù)進(jìn)行分析，臨時(shí)加固措施設(shè)計(jì)及施工全過(guò)程采用計(jì)算機(jī)仿真模擬，并且對(duì)施工過(guò)程結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用整體提升施工技術(shù)，設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作方便靈活，安全性好，可靠性高。計(jì)算機(jī)控制液壓同步提升技術(shù)的特點(diǎn)和工程實(shí)踐表明，這是一項(xiàng)極具應(yīng)用前景的新技術(shù)。