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大型鋼桁架吊裝整體設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2012-10-08 點(diǎn)擊人數(shù):5054

[摘要] 本文對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)桁架整體設(shè)計(jì)及施工技術(shù)提出關(guān)注要點(diǎn)。

一、引 

目前,工業(yè)建筑及橋梁吊裝工程,出現(xiàn)事故較多。以大型桁架及箱形梁整體工藝宏觀情況而言,各種工序比較繁瑣。當(dāng)我們具體實(shí)施一個(gè)工程時(shí),應(yīng)抓住工程主體結(jié)構(gòu)特點(diǎn),根據(jù)企業(yè)自身大型機(jī)械配置條件確定吊裝施工整體方案。首要的問題著重在估計(jì)吊裝施工整體過程中其易出錯(cuò)之處,找出解決問題的關(guān)鍵所在。對(duì)于具體類型工程施工常規(guī)特點(diǎn),建立某種工程類型施工整體“設(shè)計(jì)”理念。下面對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)桁架吊裝施工技術(shù)作全面闡述。

二、臨時(shí)支撐塔架設(shè)計(jì)

我們?cè)诖苏f明一個(gè)情況,大型桁架或箱形梁由于重量太大,在施工階段往往分段吊,這叫先是化整為零,后又聚零為整。在施工過程中所用支撐分為工程主體結(jié)構(gòu)永久支撐及臨時(shí)施工支撐兩種類型。以下談臨時(shí)支撐的設(shè)計(jì)。

支撐塔架設(shè)計(jì)的技術(shù)條件來源于支撐卸載分析的結(jié)果,它給出了整體、分級(jí)同步的卸載過程中,各個(gè)支撐點(diǎn)在各個(gè)卸載階段性的反力情況。統(tǒng)計(jì)其中每個(gè)點(diǎn)在所有步驟中的最大反力就是施工加在支撐塔吊上的使用荷載。

同時(shí),在桁架的安裝過程中,雖然支撐塔架所受的豎向力沒有在卸載過程中相應(yīng)支撐點(diǎn)最大反力大,但安裝順序使得施工過程主桁架獨(dú)立的風(fēng)荷載很大,并作為一個(gè)水平集中荷載施加在塔架的柱頂。因此,主桁架在安裝過程中所受的風(fēng)荷載也是支撐塔架受力分析的一個(gè)控制工況。

(一)體系選型

1.臨時(shí)支撐塔架和柱頂系桿桁架

為方便現(xiàn)場加工、制作和安裝,提高其經(jīng)濟(jì)性,支撐塔架和柱頂系桿桁架的設(shè)計(jì)均采用標(biāo)準(zhǔn)段模數(shù)化的方式。支撐塔架的柱肢可采用螺旋焊管,水平腹桿采用雙角鋼十字形布置。為節(jié)約鋼材支撐塔架的斜腹桿亦可采用X形交叉體系腹桿,設(shè)計(jì)時(shí)只考慮其受拉不考慮其受壓,其截面形式采用角鋼。為提高支撐塔架的柱身的抗扭剛度,在每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)段的兩端和中間區(qū)域設(shè)置交叉橫隔,交叉橫隔的截面采用角鋼。柱頂系桿桁架的設(shè)計(jì)方式與支撐塔架基本相同。

2.抗側(cè)力體系的形成

臨時(shí)支撐塔架主要考慮的水平側(cè)力為風(fēng)荷載。除支撐塔架自身及柱頂系桿桁架需抵抗風(fēng)荷載外,主要考慮支撐于塔架身上的主桁架受風(fēng)作用。比如上、下弦桿為1000mm×1000mm,腹桿為600mm×600mm的箱形梁。主桁架受風(fēng)面大,處在高空,受風(fēng)作用敏感。為增強(qiáng)各支撐塔架整體協(xié)同抗風(fēng)的能力,在各支撐塔架頂部設(shè)置格構(gòu)式柱頂系桿作為水平支撐體系。另外,為提高整體結(jié)構(gòu)柱頂平面支撐系統(tǒng)的抗扭剛度,在角部區(qū)域設(shè)置隅撐。計(jì)算分析表明,上述結(jié)構(gòu)的整體工作接近于空間排架結(jié)構(gòu),支撐塔架的受力與懸臂柱類似,為提高整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力,單方面增加支撐塔架承載力和剛度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,也是極不經(jīng)濟(jì)的,因此,為傳遞側(cè)向風(fēng)載,需進(jìn)一步采取其他措施,形成整體結(jié)構(gòu)的抗力體系。

(二)設(shè)計(jì)計(jì)算

綜上所述,上述整體結(jié)構(gòu)中,支撐塔架柱的計(jì)算和設(shè)計(jì)是關(guān)鍵中的關(guān)鍵,為此計(jì)算時(shí)采取兩種計(jì)算方案。方案一,支撐塔架作為單根懸臂柱進(jìn)行計(jì)算分析,作為強(qiáng)化支撐塔架設(shè)計(jì)的手段。方案

三、多點(diǎn)卸載施工技術(shù)與管理

(一)多點(diǎn)卸載施工技術(shù)與管理

對(duì)于大型橫桁架吊裝多點(diǎn)同布步卸載是技術(shù)含金量很高的工作。具體操作:

1)施工方法

采用分步、等距多行程、多點(diǎn)擬同步卸載的工藝進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)桁架卸載,每次行程5mm。也可實(shí)行不同步卸載

2)千斤頂使用。

由于在施工過程中,千斤頂在屋架安裝過程中長期處于受力狀態(tài),液壓千斤頂將出現(xiàn)回油現(xiàn)象,所以選用螺旋千斤頂。千斤頂?shù)倪x擇在卸載點(diǎn)最大支點(diǎn)反力的基礎(chǔ)上取1.4倍安全系數(shù)。

3)卸載施工管理

①卸載準(zhǔn)備工作

對(duì)施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地檢查,為工作人員創(chuàng)造一個(gè)暢通安全的工作面,以保證卸載時(shí)施工人員能夠便捷、安全地施工。為便于工人直觀掌握每次卸載行程,在千斤頂上逐一以5mm為單位作出刻度。為避免千斤頂在退出工作時(shí)失穩(wěn),用鉛絲將其聯(lián)系在施工平臺(tái)上。同時(shí)為避免支點(diǎn)千斤頂荷載將構(gòu)件節(jié)點(diǎn)反頂變形,在節(jié)點(diǎn)下方布置300mm×300mm×20mm的鋼板進(jìn)行過渡。

②卸載過程組織管理及人力安排

對(duì)所有參加卸載的施工人員提前進(jìn)行模擬訓(xùn)練。卸載時(shí)現(xiàn)場管理人員按區(qū)域劃分,每人負(fù)責(zé)23個(gè)卸載點(diǎn),在卸載過程中各自對(duì)片區(qū)內(nèi)的卸載點(diǎn)及腳手架支撐體系進(jìn)行監(jiān)測。卸載過程中對(duì)20處應(yīng)力比較大桿件的焊縫進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測。卸載由總指揮統(tǒng)一指揮,規(guī)定下降行程,信息溝通采用對(duì)講機(jī)。每個(gè)卸載工位工人按照千斤頂劃格尺寸(每格5mm)嚴(yán)格控制行程。

③卸載過程同步監(jiān)測技術(shù)

為了對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在卸載過程中的安全狀況進(jìn)行評(píng)估,屋蓋卸載過程進(jìn)行同步監(jiān)測,主要對(duì)大應(yīng)力桿件的應(yīng)力-應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測,按照設(shè)計(jì)要求預(yù)警指數(shù)為0.9對(duì)重點(diǎn)桿件監(jiān)測。應(yīng)力變化情況隨時(shí)用對(duì)講機(jī)與總指揮溝通。

(二)梁腳定位及主梁合攏

1.梁腳定位

1)按照原設(shè)計(jì)四根螺栓斜向懸空固定梁腳,且需混凝土澆筑后強(qiáng)度達(dá)到100%才能進(jìn)行下道工序,螺栓的定位施工難度相當(dāng)大且影響施工進(jìn)度,經(jīng)與設(shè)計(jì)協(xié)商改變固定方式,采用在平面預(yù)埋錨板,待澆筑混凝土精確放線定位后進(jìn)行鋼腳的安裝。另外改鋼梁腳內(nèi)的底部壓力灌漿為頂部自流混凝土的澆筑,既可以先進(jìn)行第二步基礎(chǔ)混凝土澆筑再進(jìn)行鋼梁腳內(nèi)混凝土澆筑,又保證了鋼梁腳的固定牢固。(臨時(shí)塔架可不使用混凝土)

2)鋼梁腳在安裝過程中存在兩個(gè)角度的傾斜,鋼梁腳的安裝定位還是存在很大的難度。主梁腳的安裝精度對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的安裝是關(guān)鍵。

3)根據(jù)主梁腳的相對(duì)坐標(biāo),確定主梁腳的底板及頂部的測量定位布置。根據(jù)梁腳底板的投影控制圖在某標(biāo)高位置旋轉(zhuǎn)三塊預(yù)埋鋼板的埋設(shè)位置。

4)待混凝土澆筑至標(biāo)高后在該不平面位置精確放出主拱底板投影邊線,用投影點(diǎn)來控制底板的四個(gè)角,然后根據(jù)定位底板的坐標(biāo),就地設(shè)置底板面的模型,最后根據(jù)底板面的模型來設(shè)置底部的支撐胎架。

5)主梁腳頂部的控制采用同樣的方法,在混凝土基礎(chǔ)面上設(shè)置四個(gè)角的投影點(diǎn),根據(jù)主梁腳的定位坐標(biāo)得出,底板和頂面的上下邊的投影線的X軸是相對(duì)平行的,且平行于控制線,頂面角的控制主要靠經(jīng)緯儀在頂部上下邊的延長線上進(jìn)行控制。

2.主梁合攏

設(shè)計(jì)如要求工程的合攏溫度為19±5。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)工程總體進(jìn)度安排,如合攏時(shí)間安排在7月上旬。實(shí)際合攏時(shí)間如當(dāng)時(shí)氣溫符合設(shè)計(jì)合攏溫度要求。為了對(duì)合攏溫度進(jìn)行監(jiān)測,在鋼結(jié)構(gòu)上布設(shè)了溫度測點(diǎn),對(duì)鋼結(jié)構(gòu)本體溫度進(jìn)行全程實(shí)時(shí)監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果表明所有合攏施工均滿足設(shè)計(jì)合攏溫度要求。

為控制合攏時(shí)合攏口的間隙,減少合攏口的焊接量和焊接殘余應(yīng)力,確保合攏口的焊接質(zhì)量在進(jìn)行合攏段安裝時(shí),該間隙大小要考慮溫度變形計(jì)算結(jié)果和焊接收縮變形。為確保合攏口在施工過程中因溫度變化而自由伸縮,合攏口采用卡馬連接,卡馬的大小和數(shù)量根據(jù)受力計(jì)算確定。在整個(gè)安裝過程中,定時(shí)檢查卡馬的連接焊縫和變形情況和合攏口的間隙情況。

在卡馬合攏焊接的過程中嚴(yán)格控制鋼結(jié)構(gòu)本體溫度滿足設(shè)計(jì)要求;合攏卡馬焊接完成后,隨后進(jìn)行合攏口結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫的連接焊接,直至對(duì)接焊縫焊接完成;對(duì)接焊縫焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)行100%的自檢探傷和第三方探傷。

此處用于點(diǎn)電焊焊接連接,如用螺栓,下文敘述。

(三)支撐塔架卸載

卸載時(shí)遵循“變形協(xié)調(diào)、卸載均衡”的原則,采用從中間向兩端逐步卸荷的施工方案,先進(jìn)行兩榀主梁的卸荷,使主梁完全處于聯(lián)結(jié)狀態(tài)能承載受力之后,再拆除中間支撐架。卸載前主梁結(jié)構(gòu)施工完畢,且無損探合格。

卸荷時(shí)仍由中間向兩端同時(shí)進(jìn)行,直至全部卸完。由于桁架卸荷落位過程是使整個(gè)桁架大兩梁緩慢地完成協(xié)同空間全部受力過程,此間桁架發(fā)生較大的內(nèi)力重分布,為使每次落位的桁架具有足夠的時(shí)間進(jìn)行內(nèi)力重新分布,每次卸載間隔時(shí)間不小于1h,卸荷過程中現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測。完全有必要事先對(duì)支架撓度計(jì)算。

 由于某種原因,筆者曾對(duì)總共168t,跨度80m大型鋼結(jié)構(gòu)桁架最終短期撓度計(jì)算結(jié)果15cm,而吊裝完畢幾天后為12.5cm,與實(shí)際還算吻合。

(四)臨時(shí)支撐的卸載問題

有的工程由于是懸臂桁架結(jié)構(gòu),在施工過程中都運(yùn)用臨時(shí)支撐作為結(jié)構(gòu)的臨時(shí)固定,施工結(jié)束后必須拆除,使結(jié)構(gòu)恢復(fù)自由狀態(tài)。支撐的拆除過程也就是所謂的卸載,是一個(gè)力的轉(zhuǎn)移過程,通過對(duì)臨時(shí)支撐的逐漸拆除,荷載也轉(zhuǎn)移完畢,整個(gè)卸載過程完成。這種理念在處理鋼筋混凝土懸挑梁下腳手架施工也碰到過。

在整個(gè)卸載過程中荷載轉(zhuǎn)移如遇不確定因素,控制不好可能造成支架受力不均,導(dǎo)致支架的強(qiáng)度、穩(wěn)定性都受到影響,容易發(fā)生意外。

(五)某些關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)滴

1.保證鋼結(jié)構(gòu)支架柱順利安裝的措施

1)測量控制:利用全站儀對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支架進(jìn)行定位控制是此次主要的測量控制方式,由于全站儀是坐標(biāo)定位,所以在定位及復(fù)核控制時(shí)可有效地控制因建筑物長而引起的累積安裝誤差。完全有必要事先對(duì)支架撓度計(jì)算。

2)澆注混凝土?xí)r為了鋼結(jié)構(gòu)支架柱的穩(wěn)定性和不產(chǎn)生太大的柱頂位移,在鋼支架柱的四周布置一道臨時(shí)梁,在澆注混凝土?xí)r鋼骨柱不被沖偏,控制鋼骨柱柱頂側(cè)向位移在設(shè)計(jì)和規(guī)范要求的范圍之內(nèi)。在安裝鋼支架,應(yīng)形成穩(wěn)定空間框架體系,再向四周擴(kuò)散安裝,使安裝誤差向四周擴(kuò)散,有利于安裝精度的控制。

2.懸臂桁架結(jié)構(gòu)安裝

碰到懸臂桁架結(jié)構(gòu)的安裝之前必須在懸臂桁架中的鋼柱所對(duì)應(yīng)的位置處設(shè)置臨時(shí)支撐作為擱置點(diǎn),以解決鋼桁架在平面內(nèi)的穩(wěn)定問題。在鋼筋混凝土大梁補(bǔ)強(qiáng)過程也可使用此法。

我們?cè)谑┕み^程中考慮以下幾個(gè)問題:

1)通過計(jì)算,臨時(shí)支撐柱如采用型鋼,可考慮采用H350×150×6×8的高頻焊H型鋼,臨時(shí)梁采用H200×100×4×6的高頻H型鋼,由于臨時(shí)柱較長,通過臨時(shí)梁的連接可降低臨時(shí)柱的長細(xì)比,解決臨時(shí)柱面外的穩(wěn)定問題。頂部通過連接板與鋼柱相連,底部通過膨脹螺栓、連接板與混凝土結(jié)構(gòu)樓面相連。當(dāng)然采用構(gòu)架或型鋼取決于柱子的長短與柱頂荷載的大小,風(fēng)載大小等等。

2)為保證懸臂桁架的底標(biāo)高在同一個(gè)水平面層,臨時(shí)支撐柱的高度必須進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)算確定其長度。通過臨時(shí)支架的搭設(shè)解決了懸臂桁架的穩(wěn)定問題。

3、箱型梁或桁架梁的吊裝

    舉例,250t350t履帶吊在平行于柱橫向軸線位置站車,待運(yùn)輸車輛就位后,吊車前行,在保證8m水平距離時(shí),用吊裝吊耳吊起后運(yùn)輸車輛退出。起鉤將吊車梁吊到約16.5標(biāo)高處,趴桿回鉤至設(shè)計(jì)位置(箱型梁或桁架梁安裝時(shí)應(yīng)按柱肩梁處的中心線進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)中,做到公差均勻分配,以減少箱型梁的調(diào)整工作。)箱型梁的一端直接落在預(yù)設(shè)的施工胎架上,胎架上方設(shè)置100噸液壓千斤頂。待該支架間的大梁段全部安裝完畢后,用千斤頂微調(diào)至要求的高度后(此時(shí)箱梁整體達(dá)到設(shè)計(jì)要求的起拱)并及時(shí)安裝斷口處的高強(qiáng)螺栓使其連接成整體,形成穩(wěn)定的剛度單元,保證箱型梁的整體穩(wěn)定后開始對(duì)箱型梁的上翼緣板進(jìn)行焊接,梁翼緣板焊接完畢并冷卻后及時(shí)對(duì)焊口處進(jìn)行100UT探傷,并撤走施工胎架。

上文所談為一機(jī)吊裝,如果兩機(jī)抬吊,計(jì)算時(shí)每機(jī)吊裝能力至少乘0.7系數(shù).

另外還有兩種情況:

吊裝計(jì)算時(shí)一機(jī)為主,一臺(tái)輔助.前者大,后者小。筆者在上海10號(hào)軌道線看到這種處理方法。吊裝地下連續(xù)墻整體大鋼筋籠30m 高。原應(yīng)以大機(jī)100t履帶吊為主,結(jié)果小機(jī)50t履帶吊與大機(jī)配合不好,太過積極,一用力。小機(jī)綱絲繩升得比大機(jī)快,抖動(dòng)一下,小吊機(jī)差點(diǎn)翻掉。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)整,最后有驚無險(xiǎn)。在現(xiàn)場可體會(huì)力學(xué)原理。這可培養(yǎng)應(yīng)急應(yīng)變能力。避免紙上談兵,刻舟求劍。由此來看,兩機(jī)合作,其受力關(guān)系內(nèi)在相當(dāng)微妙。此為筆者親眼目睹。

實(shí)力越強(qiáng)的企業(yè)吊裝能力系數(shù)放得越大。有人作了比方,.系數(shù)放的大的,如在平地趟趟;系數(shù)放的小的,如履薄冰,如臨深淵。

(六)施工方法

施工流程

工程前期準(zhǔn)備→鋼結(jié)構(gòu)廠內(nèi)制造→預(yù)埋件復(fù)測驗(yàn)收→設(shè)備進(jìn)場調(diào)試→噴砂除銹、涂裝→鋼構(gòu)件地面組、拼裝→桁架分段吊裝→卸荷、落架、螺桿連接或焊接連接分段桁架→去掉桁架中間支座→拆除胎架→清理現(xiàn)場、補(bǔ)涂油漆、整理資料→竣工驗(yàn)收

(七)高強(qiáng)螺栓施工

四、結(jié)  

隨著國家建筑、交通、水利事業(yè)的發(fā)展,土木工程機(jī)械與吊裝工藝不斷提高,然而事故也層出不窮。筆者對(duì)建筑機(jī)械給吊裝工藝的影響有所知曉。浙江寧波鎮(zhèn)海煉油廠擬吊裝80m跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架大梁。原打算分段吊裝,程序絕對(duì)繁瑣,各種數(shù)據(jù)絕對(duì)要準(zhǔn),大型機(jī)械設(shè)備配備又捉襟見肘。后來,中國石油化工股份有限公司自行安排吊裝。由于該公司為國營大型集團(tuán),機(jī)械裝備力量雄厚,吊裝80m鋼結(jié)構(gòu)桁架大梁無非就是小事一樁,無須分段吊裝。使用兩臺(tái)350tlv 履帶吊,其中一臺(tái)為主,一臺(tái)為輔,現(xiàn)場目睹168t80m鋼結(jié)構(gòu)桁架大梁如小雞被老鷹抓住,一下子升到空中,并干脆利索落在案主體塔架上。觀者大開眼界,一會(huì)兒其心吊在懸空,忐忑不安;一會(huì)兒又大汗淋漓,如釋重負(fù)。筆者所處環(huán)境條件有限,但對(duì)于大型桁架吊裝也有興趣,所謂“高山仰之,景行行之,雖不能之,然心向往之”。筆者對(duì)大型吊裝有所涉獵,有所體驗(yàn)。今以一孔之見撰文如上。

顏文玉