移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚卡軌加固關(guān)鍵施工技術(shù)

章國(guó)超，付建新，錢超南

（浙江中天恒筑鋼構(gòu)有限公司，浙江 杭州 310008）

0 引言

移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚因其經(jīng)濟(jì)性好、操作簡(jiǎn)便、使用效果好等原因越來(lái)越多地運(yùn)用于各個(gè)施工作業(yè)場(chǎng)地。但移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚柱腳在使用過(guò)程中所受的水平約束很小，這與常規(guī)門鋼柱腳鉸接的邊界條件差異較大。若設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)誤將移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚當(dāng)作普通門鋼進(jìn)行設(shè)計(jì)，則在結(jié)構(gòu)自重及屋面荷載作用下，風(fēng)雨棚柱腳會(huì)產(chǎn)生較大水平位移，造成風(fēng)雨棚卡軌重，無(wú)法使用電機(jī)對(duì)其進(jìn)行牽引。

本文以某移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚為例，根據(jù)實(shí)際施工方案，考慮風(fēng)雨棚實(shí)際受力狀態(tài)及加固形式，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)研究施工過(guò)程中柱腳水平位移、柱腳豎向反力及反頂時(shí)屋面梁的應(yīng)力變化情況，并據(jù)此指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

1 工程概況

某移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚長(zhǎng)30m，寬18m，高7m，屋面坡度為5%，其中門鋼柱距為30m，寬度方向設(shè)置4榀鋼架。屋面梁采用H（800～600）×250×6×10變截面H型鋼，鋼柱采用H（650～300）×300×6×12變截面H型鋼，鋼柱柱腳處采用HW300×300×10×15熱軋H型鋼作為連系梁。每榀鋼架的鋼柱之間滿布φ89mm×3mm支撐桿件，以保證風(fēng)雨棚滑移時(shí)的面外穩(wěn)定；鋼梁之間采用φ20的圓鋼作為水平拉桿，采用φ89mm×3mm鋼管作為水平系桿；檁條采用截面為180mm×70mm×20mm×2.0mm的C形鋼；屋面采用單層壓型鋼板。

2 加固方案選擇

發(fā)現(xiàn)該風(fēng)雨棚發(fā)生卡軌時(shí)，主結(jié)構(gòu)及屋面施工已完成。因此，在盡量減小對(duì)主結(jié)構(gòu)、屋面結(jié)構(gòu)及使用功能影響的前提下，如何選擇經(jīng)濟(jì)合理、施工便捷的加固方案顯得極其重要。

1）若在屋面梁下增加撐桿及拉索，使之成為張弦梁，則需將鋼柱與鋼梁連接處斷開，待張弦梁完成張拉，使之成為自平衡體系后才可與鋼柱連接。此方案施工復(fù)雜，涉及主結(jié)構(gòu)的安拆，對(duì)主結(jié)構(gòu)影響較大，且一定程度上減小了使用凈空。

2）若在鋼柱柱腳增加拉索，施加一定的預(yù)應(yīng)力，可明顯改善風(fēng)雨棚卡軌的情況，且施工便捷，但沿柱腳設(shè)置的拉索會(huì)嚴(yán)重影響風(fēng)雨棚的使用。故不適用本工程。

綜合以上加固方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選擇“逐榀反頂屋面梁后在其下翼緣焊接T形鋼”的加固方案，具體如圖1所示。

圖1 加固施工方案

相對(duì)上述方案，該方案具有對(duì)主結(jié)構(gòu)及使用功能影響較小、施工較為便捷等優(yōu)點(diǎn)。

3 加固施工思路

1）在每榀屋面梁跨中位置的兩側(cè)安裝“倒T形”反頂支腿。

2）在反頂支腿下翼緣中間焊接反頂鋼管，考慮主結(jié)構(gòu)及屋面自重較小，反頂鋼管規(guī)格可按照受壓構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比進(jìn)行配置。

3）在反頂鋼管下端設(shè)置千斤頂，使用千斤頂將屋面梁反頂至設(shè)計(jì)位置后，使用手拉葫蘆將加強(qiáng)T形鋼牽引至原屋面梁下翼緣下方并焊接。

4）焊接完畢后，同時(shí)卸載用于反頂屋面鋼梁的2個(gè)千斤頂，防止H型鋼梁受扭破壞。

5）依次按照上述步驟進(jìn)行余下屋面梁的施工。

4 施工過(guò)程分析

4.1 基本假定

1）不考慮反頂時(shí)基礎(chǔ)不均勻沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的變形影響及反頂鋼管的壓縮影響。

2）風(fēng)雨棚鋼輪與鋼軌之間的摩擦作用恒定，記為柱腳反力值的0.07倍

3）不考慮門鋼的面外變形。

4）忽略兩側(cè)千斤頂不均勻頂升對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。

5）忽略檁條、屋面板等對(duì)鋼架的剛度提供。

6）分析計(jì)算中僅考慮主結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)及屋面板自重，忽略施工活荷載且不考慮水平荷載的影響。

4.2 有限元模型

通過(guò)Midas/GEN建立單榀門鋼的有限元模型（見圖2），其中梁柱采用梁?jiǎn)卧?，采用重合單元法模擬加固前后2根鋼梁的截面，使用生死單元法模擬施工階段。

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

1）邊界條件 約束鋼柱柱腳豎向位移，為保證計(jì)算收斂，在水平方向設(shè)置彈簧約束，彈簧剛度大小為柱腳所受動(dòng)摩擦值，摩擦系數(shù)μ取值0.07；施工反頂時(shí)，采用千斤頂單元法模擬，即在反頂點(diǎn)處設(shè)置1個(gè)受壓?jiǎn)卧靡阅M千斤頂，千斤頂端部約束水平及豎向位移，采用節(jié)點(diǎn)強(qiáng)制豎向位移的方式模擬反頂量（分4次向上反頂200mm，平均每次反頂50mm）。

2）荷載條件 屋面恒荷載（含屋面板、屋面檁條等）折成線荷載作用于鋼梁上，大小為0.9kN/m；結(jié)構(gòu)自重根據(jù)深化模型，自重系數(shù)取值1.1。

4.3 施工全過(guò)程計(jì)算分析

本次施工過(guò)程分析根據(jù)施工方案及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況共分7個(gè)施工階段，主要施工步驟為：①風(fēng)雨棚處于原始卡軌狀態(tài)；②安裝反頂措施后，將鋼架反頂50mm；③反頂鋼架至100mm；④反頂鋼架至150mm；⑤反頂鋼架至200mm；⑥安裝并焊接加固T形鋼；⑦卸載千斤頂。

1）柱腳豎向反力 施工過(guò)程中，隨著反頂?shù)倪M(jìn)行，柱腳豎向反力將逐漸減小。為保證施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，應(yīng)確保鋼柱柱腳所受的豎向反力始終為正，不得出現(xiàn)受拉工況。從圖3可知，當(dāng)反頂至200mm時(shí)，柱腳反力減小至4.3kN，隨著T形鋼的安裝及千斤頂卸載，柱腳反力恢復(fù)至25.2kN，柱腳反力始終為正，故能保證施工安全。

圖3 各階段柱腳反力值

2）跨中千斤頂反力 由圖4可看出，反頂施工過(guò)程中，千斤頂所受反力越來(lái)越大。當(dāng)反頂至200mm時(shí)，跨中千斤頂反力峰值為39.5kN，據(jù)此可配備2支5t千斤頂用于跨中反頂。

圖4 各階段千斤頂反力值

3）屋面梁應(yīng)力限制 本工程中，屋面鋼梁跨度與反頂值均較大，其中跨度為30m，反頂達(dá)200mm。為保證施工過(guò)程中主結(jié)構(gòu)不被破壞，應(yīng)確保屋面梁所受應(yīng)力在鋼材的屈服強(qiáng)度以下。由圖5可知，反頂時(shí)屋面梁組合應(yīng)力峰值為108.9MPa，卸載完畢時(shí)屋面梁組合應(yīng)力值穩(wěn)定在84.9MPa。

圖5 各階段屋面梁應(yīng)力值

4）屋面梁跨中豎向位移 由于施工過(guò)程中，反頂距離很大程度依靠千斤頂?shù)男谐蹋C合反頂時(shí)的地基沉降、支撐鋼管軸向壓縮等因素，千斤頂行程較實(shí)際大梁跨中反頂值小，有必要對(duì)根據(jù)跨中豎向位移值對(duì)頂升高度加以監(jiān)測(cè)，以保證反頂?shù)轿唬ㄒ妶D6，負(fù)值表示下?lián)希?/p>

圖6 各階段屋面梁跨中撓度值（負(fù)值表示下?lián)希?/p>

5）鋼柱柱腳水平向變形 為避免鋼柱柱腳加固后卡軌，應(yīng)確保加固后柱腳水平位移能夠適應(yīng)軌道。如圖7所示，卡軌狀態(tài)下，柱腳水平位移可向鋼架外側(cè)偏移61.4mm，但隨著千斤頂頂升，柱腳逐漸向鋼架內(nèi)側(cè)收攏。當(dāng)反頂至200mm時(shí)，鋼架向內(nèi)側(cè)收攏至38.7mm。千斤頂完全卸載時(shí)，鋼柱柱腳向外側(cè)偏移的距離為0.7mm，而柱腳滑輪與鋼軌之間的間隙約為20mm，可完全適應(yīng)軌道，解決卡軌問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚卡軌加固為例，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇經(jīng)濟(jì)合理的加固方案，采用“逐榀反頂屋面梁后在其下翼緣焊接T形鋼”的施工方法進(jìn)行施工加固。通過(guò)有限元分析程序Midas/GEN進(jìn)行施工全過(guò)程仿真分析，研究反頂、卸載時(shí)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，在確保結(jié)構(gòu)安全的情況下，經(jīng)濟(jì)、可靠地解決了移動(dòng)式門鋼風(fēng)雨棚卡軌問(wèn)題，可為今后類似工程提供借鑒。