羅 浩，劉 創(chuàng)，周 飛，蔡天宇，熊勛昌

(中建八局浙江建設(shè)工程有限公司，浙江 杭州 311200)

1 工程概況

國(guó)航基地工程101號(hào)維修機(jī)庫(kù)項(xiàng)目位于某機(jī)場(chǎng)內(nèi)，占地面積20 562m2，總建筑面積28 447m2，建筑總高度37.65m，結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)+鋼網(wǎng)架屋面。機(jī)庫(kù)大廳建筑面積13 321m2，跨度146m，進(jìn)深90m，下弦凈高25m，其中大門桁架下弦鋼管中設(shè)置69根鍍鋅無粘結(jié)鋼絞線，預(yù)應(yīng)力張拉力為5 500kN。

機(jī)庫(kù)大廳由3層焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)組成，總用鋼量約2 000t，主要節(jié)點(diǎn)類型為上弦桿、中弦桿、下弦桿、上腹桿和下腹桿，整體為四角錐體空間結(jié)構(gòu)。

2 大跨度預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架監(jiān)測(cè)施工技術(shù)

1)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架施工時(shí)，首先利用BIM技術(shù)和有限元軟件等對(duì)網(wǎng)架本身、提升設(shè)備、提升設(shè)備附屬支座、預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)在各工況下的受力情況進(jìn)行計(jì)算分析，正式實(shí)施時(shí)通過預(yù)埋應(yīng)變片監(jiān)測(cè)各節(jié)點(diǎn)實(shí)際受力情況，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，過程中同步控制，完美解決了大跨度預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架監(jiān)測(cè)的施工難題，保證網(wǎng)架施工安全。

2)在大跨度預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架實(shí)施前，利用BIM技術(shù)和有限元軟件分析網(wǎng)架在拼裝、初次提升、整體提升、受力點(diǎn)轉(zhuǎn)移、卸載等不同工況下各構(gòu)件、各節(jié)點(diǎn)及提升設(shè)備的吊點(diǎn)受力情況，優(yōu)化提升設(shè)備及點(diǎn)位布置，選擇經(jīng)濟(jì)適用、施工便捷的提升方案。

3)確定提升工藝及設(shè)備后，分析提升設(shè)備所附屬的混凝土網(wǎng)架柱在最大荷載下的受力，分別驗(yàn)算機(jī)庫(kù)網(wǎng)架柱中受力最大、配筋最小、長(zhǎng)度最大柱的受力情況，確保滿足要求。最后在預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架實(shí)施前，對(duì)預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，優(yōu)化鋼絞線布置形式、錨具節(jié)點(diǎn)受力情況及鋼絞線張拉后預(yù)應(yīng)力傳遞路徑，增加套管在支座鋼管內(nèi)約束力。正式實(shí)施時(shí)，通過預(yù)埋應(yīng)變片對(duì)上述各節(jié)點(diǎn)的實(shí)際受力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將實(shí)際數(shù)據(jù)與計(jì)算情況進(jìn)行對(duì)比分析，確保網(wǎng)架實(shí)施的安全性。

3 主要施工方法

3.1 施工工藝流程

預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架監(jiān)測(cè)施工工藝流程為：網(wǎng)架受力分析→提升設(shè)備選擇→網(wǎng)架支撐柱受力分析→網(wǎng)架拼裝→網(wǎng)架提升→預(yù)應(yīng)力施工→網(wǎng)架監(jiān)測(cè)。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1網(wǎng)架受力分析

1)采用通用有限元軟件SAP2000V14.1.0對(duì)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架進(jìn)行受力分析。模型分析中，網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)均為剛接，桿件均采用梁?jiǎn)卧M，梁按壓彎構(gòu)件計(jì)算，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)均取1.0。由于提升作業(yè)時(shí)間約2d，天氣因素在可控范圍內(nèi)，且屋蓋為鏤空結(jié)構(gòu)，承受的風(fēng)荷載較小，因此，提升工況分析中不考慮風(fēng)荷載及溫度荷載作用，主要考慮網(wǎng)架及檁條、馬道等附屬結(jié)構(gòu)自重。網(wǎng)架合計(jì)提升重量約2 000t，荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4。

2)各提升點(diǎn)同步上升過程中存在一定程度的高度偏差，因此，需考慮提升過程中各吊點(diǎn)不同步對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響。不同步主要對(duì)吊點(diǎn)周圍桿件應(yīng)力影響較大，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，考慮1.2倍超載系數(shù)。驗(yàn)算桿件強(qiáng)度時(shí)，總的分項(xiàng)系數(shù)為1.4×1.2=1.68，驗(yàn)算網(wǎng)架變形時(shí)分項(xiàng)系數(shù)為1.0。

3)提升工況分析中，網(wǎng)架桿件應(yīng)力比控制在0.9以內(nèi)。根據(jù)JGJ 7—91《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》，受拉桿件長(zhǎng)細(xì)比<300(支座附近<250)，受壓桿件長(zhǎng)細(xì)比<180。不滿足上述條件的桿件需進(jìn)行置換。網(wǎng)架提升時(shí)撓度計(jì)算如圖1所示。經(jīng)分析，網(wǎng)架提升過程中最大下?lián)霞s175mm<146 000/250=584mm，滿足規(guī)范要求，但部分桿件受力不滿足要求，需對(duì)該部分桿件進(jìn)行替換。替換后重新計(jì)算分析，由桿件應(yīng)力比統(tǒng)計(jì)(見圖2)可知，預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架在各工況下所有桿件及節(jié)點(diǎn)受力均滿足要求，施工過程安全。

圖1 網(wǎng)架撓度計(jì)算(單位：mm)

圖2 桿件應(yīng)力比統(tǒng)計(jì)

3.2.2提升設(shè)備選擇

1)提升方法 網(wǎng)架采用原位拼裝、整體提升的方式進(jìn)行安裝，即在地面完成機(jī)庫(kù)大廳和大門2個(gè)區(qū)域網(wǎng)架整體拼裝及焊接工作后，通過由17臺(tái)TLJ-600型、TLJ-2000型液壓提升器(利用15個(gè)支座點(diǎn)作為吊點(diǎn)，另外設(shè)置2個(gè)臨時(shí)吊點(diǎn)，如圖3所示)組成的提升系統(tǒng)將其整體提升至支座點(diǎn)位置。

圖3 提升點(diǎn)位布置

2)提升點(diǎn)位受力分析 提升的下吊點(diǎn)D1,D2結(jié)構(gòu)類似，均為臨時(shí)球，選取最大荷載點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。選用ANSYS14.0軟件，采用solid185單元，鋼結(jié)構(gòu)材料楊氏模量E=2.1×1011Pa，泊松比ν=0.3，下吊點(diǎn)臨時(shí)桿(3根鋼管)截面三向約束。吊具計(jì)算結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，吊具最大應(yīng)力為210MPa<295MPa，下錨點(diǎn)最大豎向變形1.0mm，滿足提升要求。

圖4 吊具計(jì)算結(jié)果

3.2.3網(wǎng)架支撐柱受力分析

在提升工況下，混凝土網(wǎng)架支撐柱為偏心受壓構(gòu)件。為保證結(jié)構(gòu)安全，需對(duì)其進(jìn)行承載力復(fù)核。提升點(diǎn)支撐柱特性如表1所示。

表1 提升點(diǎn)支撐柱特性

分別驗(yàn)算機(jī)庫(kù)網(wǎng)架受力最大、配筋最小、長(zhǎng)度最大的混凝土網(wǎng)架柱，結(jié)果均滿足要求。因此，提升反力對(duì)所有柱的影響均滿足要求，即結(jié)構(gòu)狀態(tài)為安全。

3.2.4網(wǎng)架拼裝

考慮網(wǎng)架焊接變形的特點(diǎn)，將整個(gè)網(wǎng)架劃分為9個(gè)平行區(qū)段，分別為機(jī)庫(kù)大廳A～H區(qū)和大門桁架J區(qū)，單個(gè)分區(qū)寬度為18m，如圖5所示。

圖5 飛機(jī)庫(kù)網(wǎng)架平面分區(qū)

3.2.5網(wǎng)架提升

1)當(dāng)機(jī)庫(kù)大廳網(wǎng)架第1次提升至3.5m高度與大門預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架區(qū)域中心平齊后，靜置24h用于網(wǎng)架焊接應(yīng)力的釋放。在此期間，檢查所有焊縫外觀質(zhì)量，修補(bǔ)出現(xiàn)裂紋等質(zhì)量問題的焊縫。

2)當(dāng)網(wǎng)架第2次整體提升至設(shè)計(jì)高度后，再次對(duì)網(wǎng)架下?lián)锨闆r進(jìn)行復(fù)核，將實(shí)際測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算撓度值進(jìn)行對(duì)比分析，作為高空補(bǔ)桿焊接和后期鋼管桁架中預(yù)應(yīng)力張拉的參考。

3)先通過計(jì)算機(jī)仿真分析計(jì)算得到鋼網(wǎng)架整體同步提升工況各吊點(diǎn)反力，再進(jìn)行不同步最不利工況分析，得出安全范圍內(nèi)的最大吊點(diǎn)反力。在液壓同步提升系統(tǒng)中，依據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)相應(yīng)設(shè)定每臺(tái)液壓提升器的最大提升力。

4)在網(wǎng)架主要受力桿件中安裝應(yīng)變片，并及時(shí)監(jiān)測(cè)各桿件受力情況，當(dāng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)某吊點(diǎn)實(shí)際提升力有超出設(shè)定值的趨勢(shì)時(shí)，液壓提升系統(tǒng)自動(dòng)采取溢流卸載，使該吊點(diǎn)提升反力控制在設(shè)定值之內(nèi)，以防出現(xiàn)各吊點(diǎn)提升反力分布嚴(yán)重不均，對(duì)永久結(jié)構(gòu)及臨時(shí)設(shè)施造成破壞。

3.2.6預(yù)應(yīng)力施工

鋼絞線張拉擬采用單根兩側(cè)同時(shí)張拉、循環(huán)反復(fù)張拉至設(shè)計(jì)要求的施工方案。

1)張拉錨固工藝流程 整理、清潔鋼絞線→安裝錨具、千斤頂→鋼絞線裝入千斤頂及工具錨內(nèi)楔緊→分級(jí)張拉至規(guī)定值→錨固→灌漿→切割多余鋼絞線→封錨。

圖6 桁架下弦鋼管

3)張拉采用張拉力和伸長(zhǎng)值雙控，以張拉力控制為主。實(shí)施方法為：各級(jí)張拉力采用油壓表讀數(shù)控制，千斤頂和油壓表配套使用。根據(jù)千斤頂校準(zhǔn)報(bào)告計(jì)算出預(yù)應(yīng)力筋各級(jí)張拉力相對(duì)應(yīng)的油壓表讀數(shù)。張拉時(shí)量測(cè)10%σcon→100%σcon張拉過程的預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值，當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)值不在理論計(jì)算伸長(zhǎng)值的94%～106%時(shí)，應(yīng)暫停張拉，找出原因并采取處理措施后，方可繼續(xù)張拉。

張拉過程中通過安裝的應(yīng)變片，分析監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架受力，如出現(xiàn)桁架或網(wǎng)架變形過大等異?，F(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)給相關(guān)負(fù)責(zé)人，并做好記錄。

3.2.7網(wǎng)架監(jiān)測(cè)

3.2.7.1計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)監(jiān)控

1)液壓同步提升技術(shù)采用傳感檢測(cè)和計(jì)算機(jī)集中控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作、負(fù)載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報(bào)警等功能。

2)操作人員可在中央控制室，通過液壓同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓頂推過程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察和控制指令的發(fā)布。

3)通過計(jì)算機(jī)人機(jī)界面操作，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、順控(單行程動(dòng)作)、手動(dòng)控制及單臺(tái)提升器點(diǎn)動(dòng)操作，從而達(dá)到鋼網(wǎng)架整體提升安裝工藝中所需的位移同步、安裝位移調(diào)整、單點(diǎn)微調(diào)等特殊要求。

4)提升就位后，測(cè)量人員應(yīng)通過測(cè)量?jī)x器配合測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移的準(zhǔn)確數(shù)值。

5)嚴(yán)格按專項(xiàng)施工方案進(jìn)行整體提升，提升過程中，專業(yè)技術(shù)人員全面檢測(cè)液壓設(shè)備工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題需立即上報(bào)，制定處理方案，使整個(gè)提升過程處于安全可控狀態(tài)。

3.2.7.2測(cè)量工具監(jiān)測(cè)監(jiān)控

1)第1階段為結(jié)構(gòu)剛離地、正式提升前，需對(duì)各吊點(diǎn)初始位置進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，利用提升器調(diào)整各吊點(diǎn)高度，使其在同一高度上，保證結(jié)構(gòu)姿態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)通過預(yù)埋的應(yīng)變片觀察網(wǎng)架受力情況。

2)第2階段為正式提升階段。隨著提升高度的增加，每提升約2m進(jìn)行1次網(wǎng)架受力監(jiān)測(cè)，每次監(jiān)測(cè)完成后，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算對(duì)比分析的結(jié)果，實(shí)施掌控網(wǎng)架、提升設(shè)備、支撐柱受力狀態(tài)，直至各吊點(diǎn)提升至同一高度上。

3)第3階段為提升就位階段。當(dāng)結(jié)構(gòu)提升至距設(shè)計(jì)高度約20cm時(shí)，需對(duì)各吊點(diǎn)位置進(jìn)行對(duì)口監(jiān)測(cè)，本階段提升器頻率需調(diào)低，配合測(cè)量人員進(jìn)行對(duì)口測(cè)量，保證結(jié)構(gòu)桿件精確對(duì)口和受力安全。

4)第4階段為網(wǎng)架卸載階段。網(wǎng)架在高空補(bǔ)桿和永久支座施工完成后，網(wǎng)架受力部位將由提升架轉(zhuǎn)移至正式支座點(diǎn)。在卸載過程中需實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)架受力和撓度值有無重大變化，并根據(jù)每個(gè)提升架監(jiān)測(cè)結(jié)果控制網(wǎng)架卸載速率，保證網(wǎng)架安全。

4 關(guān)鍵控制技術(shù)

1)建立TEKLA三維模型，并結(jié)合有限元軟件分析計(jì)算網(wǎng)架施工過程中可能產(chǎn)生的變形量，分析各桿件在不同階段的受力情況，對(duì)于不滿足要求的進(jìn)行替換或補(bǔ)強(qiáng)。

2)根據(jù)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架高差分布特點(diǎn)和施工工序，合理做好施工區(qū)段劃分，以控制小拼單元質(zhì)量為原則，通過發(fā)明鋼結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)定位輔助裝置及定位方法，解決球節(jié)點(diǎn)定位難題，保證每個(gè)施工單元尺寸偏差滿足要求，進(jìn)而保證預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架整體質(zhì)量符合要求。

3)預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求，采用循環(huán)往復(fù)張拉的方式進(jìn)行分級(jí)對(duì)稱張拉。

4)通過對(duì)不同階段網(wǎng)架受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，與理論計(jì)算值比較，可及時(shí)做出預(yù)判，采取相應(yīng)的控制措施。

5 結(jié)語

采用大跨度預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架監(jiān)測(cè)技術(shù)能很好地監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架在安裝、提升、預(yù)應(yīng)力張拉、卸載階段的受力情況，確保網(wǎng)架本身、提升設(shè)備、支撐點(diǎn)的受力均滿足要求，保證施工安全。