大面積平板網(wǎng)架整體提升的施工技術(shù)應(yīng)用

張 轉(zhuǎn) 院

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)新建了大批大跨度工業(yè)廠房，由于跨度大、質(zhì)量輕、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，平板網(wǎng)架被大量應(yīng)用于大跨度車間的屋蓋結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的整體提升方法由于缺乏空中平移的技術(shù)，拼裝多采用正位拼裝，即拼裝位置為就位位置的水平投影。一旦開始提升，網(wǎng)架的水平位置不能再進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)，正位拼裝受到結(jié)構(gòu)柱的影響，節(jié)點(diǎn)附近桿件暫時(shí)不能拼裝，原結(jié)構(gòu)體系遭到改變，需采取補(bǔ)強(qiáng)措施，待就位后才能進(jìn)行高空補(bǔ)拼，對(duì)質(zhì)量、安全和工期都造成了不利影響。

針對(duì)該問題，若網(wǎng)架在提升過程中能實(shí)現(xiàn)空中的平移，則其地面拼裝位置可以靈活布置，且若產(chǎn)生就位誤差，還可在空中調(diào)整網(wǎng)架姿態(tài)，所有問題便迎刃而解。本文以某車間為例，闡述拔桿在網(wǎng)架空中平移中的應(yīng)用。

1 網(wǎng)架吊裝和平移的工藝流程

1.1 總體安裝順序

按照工程的平面布置，將網(wǎng)架分為6個(gè)吊裝單元，五單元→四單元→六單元→三單元→一單元→二單元的順序進(jìn)行施工(見圖1)。

1.2 網(wǎng)架平移流程

本工程每個(gè)單元網(wǎng)架吊裝均選用φ478×10鋼管拔桿(見圖2)，拔桿高度為15 m，滑車組采用20 t四門滑車，攬風(fēng)系統(tǒng)采用6×37絲φ21.5鋼絲繩，跑繩采用6×37絲φ17.5鋼絲繩(空調(diào)機(jī)房區(qū)域部分拔桿采用6×37絲φ21.5鋼絲繩)，提升動(dòng)力采用5 t電動(dòng)鉸磨。

網(wǎng)架空中平移時(shí)，應(yīng)將網(wǎng)架吊裝高出設(shè)計(jì)標(biāo)高200 mm，然后松網(wǎng)架兩邊的纜風(fēng)繩，每次100 mm，使桅桿傾斜，同時(shí)用就位倒鏈進(jìn)行牽引，讓網(wǎng)架慢慢的平移到預(yù)定位置上，將全部鉸磨鎖死，開始周邊一圈桿件的散裝。

2 平移時(shí)拔桿—網(wǎng)架的穩(wěn)定性分析

在網(wǎng)架平移的過程中，依靠纜風(fēng)繩的收放，使得拔桿群整體傾斜，繼而達(dá)到平移網(wǎng)架的目的。在拔桿傾斜之前，單個(gè)拔桿處在軸心受壓的狀態(tài)下，只承擔(dān)受相應(yīng)的網(wǎng)架重力；而在傾斜之后，拔桿軸線和豎直方向之間存在一定角度，因而拔桿受到網(wǎng)架重力和纜風(fēng)繩拉力的影響，軸力顯著增大，且傾斜角度越大，軸力增大越明顯。這對(duì)拔桿的穩(wěn)定性能提出了更高的要求，為了保證網(wǎng)架吊裝的施工安全，有必要對(duì)網(wǎng)架空中平移狀態(tài)下拔桿群的受力性能及穩(wěn)定性能進(jìn)行分析研究。

采用ABAQUS有限元軟件建立結(jié)構(gòu)整體提升仿真有限元模型，主要包括3部分：網(wǎng)架主體結(jié)構(gòu)、拔桿群及拔桿纜風(fēng)繩。根據(jù)各構(gòu)件的受力特點(diǎn)，網(wǎng)架桿件采用桁架單元T3D2模擬，桿件間鉸接連接，拔桿群采用殼單元S4R模擬，纜風(fēng)繩采用桁架單元T3D2模擬，均可滿足施工模擬的需要。

為了更好的模擬拔桿群與網(wǎng)架體系的初始缺陷，首先對(duì)其進(jìn)行屈曲模態(tài)分析，提取第1階模態(tài)(見圖3)。

工程中，初始缺陷主要由安裝誤差導(dǎo)致，根據(jù)GB 50205—2001鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，鋼構(gòu)件平面外安裝誤差不應(yīng)大于0.015 m。因此，將第一階模態(tài)中最大位移1指定為0.015 m，其余各點(diǎn)初始缺陷值根據(jù)與最大位移的比例系數(shù)乘以0.015，作為初始缺陷導(dǎo)入數(shù)值模型。分析考慮了材料和幾何雙重非線性，可以得到拔桿雙向平移后的位移狀態(tài)(見圖4)。

選擇拔桿群中受力最大的拔桿，其軸力—位移曲線如圖5所示。由圖5可知，拔桿在平移前受力為124 kN，隨著拔桿平移量的增加，軸力呈非線性增大，當(dāng)平移量為2 m時(shí)，拔桿軸力達(dá)到213 kN，約為靜力荷載的1.7倍。因此，在方案計(jì)算時(shí)，若只手算平移前靜力荷載下的拔桿穩(wěn)定性，是偏危險(xiǎn)的，但經(jīng)驗(yàn)的取拔桿承載力為5 t也過于保守。根據(jù)有限元分析，當(dāng)拔桿高度小于20 m時(shí)，可簡(jiǎn)化的提出傾斜后拔桿軸力放大系數(shù)k，方便施工人員使用更準(zhǔn)確的軸力驗(yàn)算拔桿穩(wěn)定性(見表1)。

表1 拔桿軸力放大系數(shù)

網(wǎng)架平移量/m123456k1.3361.7042.0812.3042.5622.768

3 結(jié)語(yǔ)

采用拔桿整體提升的方法進(jìn)行焊接球平板網(wǎng)架施工，可以完全實(shí)現(xiàn)網(wǎng)架的地面拼裝，有效減少高空作業(yè)量，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，保證焊接質(zhì)量。拔桿的成本低，一次性提升面積大，網(wǎng)架安裝質(zhì)量和精度符合國(guó)家規(guī)范要求，是一種理想的整體提升方法。經(jīng)過精細(xì)施工設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，網(wǎng)架在空中平移時(shí)，拔桿的受力大大增加，但仍處于安全狀態(tài)。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，提出拔桿軸力放大系數(shù)k，方便施工人員使用更準(zhǔn)確的軸力驗(yàn)算拔桿穩(wěn)定性。