基于PKPM大型鋼梁豎向位移精準控制技術(shù)研究

王志偉

【摘要】在工業(yè)廠房中特別是老舊鋼結(jié)構(gòu)廠房改造，對于大跨度大型型鋼梁的設(shè)計和受力分析十分重要，鑒于現(xiàn)有的CAD 等平面計算機輔助設(shè)計很難達到精確控制其位移和形變量的要求，因此我們就需要結(jié)合PKPM等三維設(shè)計建模對現(xiàn)場條件和各部分受力情況進行精確建模和準確分析，已達到精確控制大型鋼梁位移和形變精確控制的目的。

【關(guān)鍵詞】鋼梁;形變;位移;受力分析;三維建模

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

16.100

1、項目背景

攀鋼釩950生產(chǎn)線廠房建于上世紀70年代，結(jié)構(gòu)老化，屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、跨距大，改造部位的混凝土屋面板重達110t，且廠房凈空高度低。在保留原廠房混凝土屋架及屋面系統(tǒng)的前提下，完成更換屋面系統(tǒng)托架梁改造難度非常大。同時對于新托架梁由于跨度由原來的6米增加到新的30米，如何對新的大跨度的托架鋼梁進行精確的受力分析，達到精確控制其形變和位移的目的，尤為重要。

2、主要研究的內(nèi)容及目標

在滿足設(shè)計工藝要求的前提下，結(jié)合改造過程中的技術(shù)難點，經(jīng)過研究擬采用“大型鋼筋砼屋面體系整體荷載轉(zhuǎn)移抽柱托梁”施工工藝，該工藝主要包含以下內(nèi)容。

2.1 大型型鋼梁豎向位移精準控制技術(shù)研究

主要包含：混凝土屋面及附加荷載的理論計算、新托架梁的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計以及新托架梁預(yù)起拱高度值設(shè)計等。

目標：達到新托架梁的豎向彈性形變的精準控制同時滿足強度要求。

2.2 屋面系統(tǒng)、新舊托架梁之間荷載轉(zhuǎn)移施工工藝研究

主要包含：研究屋面系統(tǒng)和屋架系統(tǒng)整體荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移工藝，確保原屋架系統(tǒng)的荷載通過“屋面整體荷載轉(zhuǎn)移裝置”安全、高效地轉(zhuǎn)移至新增托架、柱上的方法及施工工藝。制定出科學合理施工工藝流程。

目標：通過發(fā)揮自身的技術(shù)實力，研究出一套“大型鋼筋砼屋面體系抽柱托梁荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移技術(shù)研究”成果，并在后續(xù)類似工程項目中得到推廣應(yīng)用。達到優(yōu)質(zhì)高效的完成舊廠房改造目的，增強公司的競爭力。

2.3 專用荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計與制作安裝工藝研究

主要包括：荷載轉(zhuǎn)移裝置的外形設(shè)計、材料的選擇、所用設(shè)備的選擇、裝置各部件的連接方式、制作方法的研究。設(shè)計并制作出適應(yīng)現(xiàn)場實際條件的專用荷載轉(zhuǎn)移裝置。

3、工藝研究過程

3.1 托架梁豎向位移精準控制技術(shù)研究

為確保新托架梁更換后整個屋面系統(tǒng)不產(chǎn)生較大豎向位移，實現(xiàn)荷載平穩(wěn)、安全轉(zhuǎn)移，在施工前設(shè)計人員對6塊混凝土屋面板以及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)進行詳細的調(diào)查和計算，同時利用鋼結(jié)構(gòu)模擬PKPM軟件進行強度校核和豎向位移模擬，均達到控制要求。其中豎向位移最大為20.2mm， 設(shè)計人員根據(jù)計算機模擬情況，針對性的對托架梁起拱值進行設(shè)計，確保了整個屋面系統(tǒng)不產(chǎn)生較大豎向位移，實現(xiàn)了精準控制。

3.2 屋面系統(tǒng)、新舊托架梁之間荷載轉(zhuǎn)移施工工藝研究

3.2.1 工藝原理設(shè)計

屋面系統(tǒng)荷載轉(zhuǎn)移方法設(shè)計原理：利用液壓頂升器帶動2、3號柱柱頂支座連同屋架及屋面系統(tǒng)整體拉起，同時通過自身的橫梁將向上的拉力轉(zhuǎn)化成對新托架梁向下的壓力，從而實現(xiàn)對新梁的預(yù)壓（20mm），當1#柱和新增柱之間的屋架系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)和舊托架梁通過液壓頂升器連同節(jié)點支座全部提起，并與2#柱、3#柱柱頂脫離接觸時表明以上三個系統(tǒng)重量已全部轉(zhuǎn)移至新托架梁上，整個過程就需要嚴格控制起升速度，從而實現(xiàn)整合的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。

3.2.2 ?荷載轉(zhuǎn)移過程受力分析

荷載轉(zhuǎn)移過程舊托架梁連同2#、3#柱頂支座和屋面系統(tǒng)整體受到向上拉力，同時新托架梁受到向下的壓力，由于舊托架梁沒有預(yù)先拆除，新托架梁在焊接到1#、新增柱頂支座上后，此時新托架梁、舊托架梁、屋架梁、屋面系統(tǒng)為一個整體，因此荷載轉(zhuǎn)移過程實際上是該整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部力的轉(zhuǎn)化，通過計算機模擬分析1#、新增柱柱頂支座和新托架梁兩端沒有豎向位移，新梁中部位移最大，整個屋架及屋面系統(tǒng)基本沒有上升位移，新梁在屋架及屋面系統(tǒng)作用下對預(yù)先起拱值抵消，最終產(chǎn)生豎向位移在設(shè)計范圍內(nèi)。整個荷載轉(zhuǎn)移過程屋面相對位置基本沒有變化（2mm豎向位移），這就對新梁的設(shè)計和荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計制作提出較高的水平要求。

3.3 專用荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計與制作工藝研究

（1）荷載轉(zhuǎn)移裝置下段現(xiàn)場制作安裝

在現(xiàn)有屋架支座的四周搭設(shè)操作平臺，然后用20mm鋼板在原有柱頂屋架支座頂板上焊接荷載轉(zhuǎn)移支架裝置下段。現(xiàn)有鋼屋架和混凝土屋架支腿間有150mm的間隙，先用450×530×20mm的鋼板從縫隙中穿過去安裝在縫隙的正中間。然后用4塊325×530×20mm的鋼板進行加筋。各角焊縫的高度不得低于14mm，焊縫外觀質(zhì)量不低于三級。

（2）荷載轉(zhuǎn)移裝置上段、橫梁制作安裝

在荷載轉(zhuǎn)移支架下段的正上方用20mm的鋼板和工25a型鋼焊接荷載轉(zhuǎn)移裝置上半段部分。先將20mm鋼板在安裝位置拼成900×220×20×20的H型鋼 ，然后在H鋼上方焊接一根長700mm的25a工字鋼作為荷載轉(zhuǎn)移裝置的橫梁。

（3）下壓裝置的制作安裝

在現(xiàn)有屋架制作的兩側(cè)用工25a型鋼焊接下壓裝置。下壓裝置安裝在現(xiàn)有屋架軸線兩側(cè)，與新托架的上弦頂面進行焊接。

（4）平衡梁、平衡千斤頂?shù)闹谱靼惭b

平衡梁的作用為：在主千斤頂工作時防止千斤頂頂偏導致橫梁歪斜的安全保護措施，在上部橫梁上增設(shè)4根橫梁，采用工25a型鋼長度300mm與主梁對接焊接。平衡千斤頂作用為：在不均勻受力的一側(cè)用10t的平衡千斤頂進行調(diào)平。使得主梁平穩(wěn)垂直上升。

結(jié)語：

通過本課題研究，形成了一項“整體頂升大型結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)抽柱換梁施工工藝”成果，實現(xiàn)了投資成本低、施工工期短、安全可靠性高、環(huán)保效果好的目的，取得了在復(fù)雜現(xiàn)場情況下對老舊結(jié)構(gòu)廠房的更新改造經(jīng)驗，達到了良好的效果。

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