超大跨度張弦拱形桁架空間原位施工技術(shù)

付小敏，張德欣，杜彥凱，馬翠娟

（1.北京市機械施工集團有限公司，北京 100045；2.北京市建筑工程研究院有限責(zé)任公司 北京 100039）

1 工程概況

如圖1、圖2 所示，某工程封閉煤場鋼結(jié)構(gòu)工程平面投影尺寸286m×208.2m。鋼結(jié)構(gòu)煤棚軸線跨度202.2m，長度286m，東西方向軸間距35m，上部桁架上弦管芯高度54.61m。結(jié)構(gòu)共有9 榀拱形桁架，其中7 榀預(yù)應(yīng)力索主桁架、2 榀山墻桁架。相鄰主桁架間設(shè)置11 榀次桁架，共計88 榀次桁架，東西兩側(cè)為山墻桁架。

圖1 拱形桁架三維圖

圖2 結(jié)構(gòu)平面布置圖

主桁架為封閉煤棚主要受力構(gòu)件，桁架弦桿最大截面規(guī)格為P500×25，最小截面規(guī)格為P299×8，拱形桁架為倒梯形立體桁架，桁架上弦寬度6m，下弦寬度4m，桁架高度6m（圖3）。

圖3 主桁架

2 技術(shù)特點

超大跨度預(yù)應(yīng)力拱形桁架鋼結(jié)構(gòu)空間原位施工技術(shù)主要特點如下。

1）該施工技術(shù)既適用多段多階超大跨度預(yù)應(yīng)力拱形桁架設(shè)計位置安裝，也可用于桁架空間平移后的“原位”安裝。

2）大跨度拱形桁架采用現(xiàn)場拼裝，分段安裝高空對接的方法，單榀桁架安裝時遵循從兩端向中間順序。

3）預(yù)應(yīng)力索采用汽車起重機安裝，局部登高車配合，先安裝和張拉主索然后安裝和張拉穩(wěn)定索。主索采用兩端張拉，穩(wěn)定索單邊張拉。

4）超大跨度桁架臨時支撐點位設(shè)置要結(jié)合預(yù)應(yīng)力拉索節(jié)點，臨時支撐架兼做預(yù)應(yīng)力拉索張拉操作平臺。

5）臨時支撐架主要采用山墻立柱桁架和山墻次桁架。

6）預(yù)應(yīng)力拉索張拉和臨時支撐卸載相互影響，張拉前須將穩(wěn)定索與桁架連接節(jié)點處的臨時支撐卸載。

3 關(guān)鍵技術(shù)

超大跨度張弦拱形桁架空間原位施工技術(shù)其主要施工流程為：桁架地面拼裝→架設(shè)滑移軌道（采用整體滑移時需要）和臨時支撐架→吊裝主桁架第一、第五分段（拱腳分段）→主桁架第二、第四分段組拼→吊裝中間分段→完成1 個單元吊裝、焊接→拉索張拉→卸載支撐架（滑移）。

3.1 大型立體桁架整體臥拼技術(shù)

主桁架為彎曲空間立體桁架，跨度202.2m，弧長約265m，斷面為6m×4m×（5～8)m（圖4），彎曲矢高53.61m，單榀主桁架構(gòu)件數(shù)量約520 根，拼裝精度要求高，拼裝難度大。根據(jù)結(jié)構(gòu)的特殊性以及現(xiàn)場的具體施工條件，主桁架采用整體胎架分段臥拼的方式（圖5）：將主桁架繞拱腳中心線連線旋轉(zhuǎn)90 度放平，預(yù)起拱拼裝；胎架立柱采用?180×6 鋼管間距6000mm，胎架牛腿采用HM148×100×6×9型鋼；立柱間頂部設(shè)置通長通道。

圖4 主桁架斷面圖

圖5 桁架拼裝流程

大跨度主桁架采用整體胎架在現(xiàn)場分段整榀拼裝；次桁架、山墻連系桁架均采用整體臥拼的方式進(jìn)行（圖6）。

圖6 主桁架現(xiàn)場拼裝

3.2 臨時支撐點位設(shè)置及支撐架

桁架支撐架設(shè)置時考慮靠近預(yù)應(yīng)力索節(jié)點處拉索施工，本項目軸線跨度202.2m，共設(shè)置6 組臨時支撐架；臨時支撐架較高，兩個成對使用，主要采用山墻結(jié)構(gòu)抗風(fēng)柱和山墻次桁架，以減少輔助工裝（圖7）。

圖7 主桁架臨時支撐

3.3 大型異形桁架吊裝技術(shù)

3.3.1 桁架分段

結(jié)合臨時支撐、吊裝設(shè)備選擇以及現(xiàn)場場地情況，將主桁架分成7 段，如圖8 和表1 所示。

表1 桁架吊裝分析

圖8 主桁架分段圖

3.3.2 大型復(fù)雜桁架構(gòu)件翻身

如圖9 所示，主桁架分段單元吊裝前處于平臥狀態(tài)，構(gòu)件需要在吊裝前轉(zhuǎn)換位置進(jìn)行構(gòu)件翻身，采用兩臺履帶起重機進(jìn)行構(gòu)件位置轉(zhuǎn)換，其中1 臺吊車按吊裝主桁架方式進(jìn)行吊索具設(shè)置（2個吊點），另1 臺吊車進(jìn)行輔助吊裝，兩臺吊車同時起鉤使構(gòu)件脫離地面，輔助吊車靜止，主吊車緩慢進(jìn)行起鉤，直至構(gòu)件位置轉(zhuǎn)換到設(shè)計位置后，2 臺汽車起重機同時落鉤，構(gòu)件與地面接觸后，輔助汽車起重機進(jìn)行摘鉤后，主汽車起重機重新設(shè)置吊索具進(jìn)行桁架吊裝。

圖9 桁架吊裝翻身示意圖

3.3.3 中間桁架單車吊裝

桁架吊裝吊點選擇在桁架上弦，每個吊次選擇至少4 個吊點，吊點選擇在上弦節(jié)點處，在吊裝時，吊鉤保證在吊裝構(gòu)件質(zhì)心正上方，采取鋼絲繩捆綁式吊裝。

3.3.4 大型弧形桁架雙機抬吊

拱腳桁架長度約24m，彎曲矢高2 450mm，重量約40t，起吊前平臥放置，就位時78°豎立放置，吊裝采用雙機抬吊翻身和扳起就位（圖10）。

圖10 弧形桁架雙機抬吊

3.4 多段多階桁架拉索張拉和支撐架卸載技術(shù)

3.4.1 多段多階預(yù)應(yīng)力拉索索力確定

根據(jù)設(shè)計單位提供的拉索預(yù)應(yīng)力值，進(jìn)行施工仿真計算，對索力進(jìn)行工況分析，計算可得，索力變化曲線如圖11 所示。

圖11 索力變化曲線

3.4.2 拉索高空安裝

桁架拉索分為受力索和穩(wěn)定索，受力索分為主索和邊索，穩(wěn)定索為抗風(fēng)索，每榀桁架安裝完成后即開始拉索（圖12、圖13）。拱桁架最大跨度202m，受力拉索規(guī)格2×?66 高釩索，每米重量約25kg，錨具重量約1.5t，單根拉索總重約5t。在放索過程中為了保護拉索還需要做到拉索和胎架不能發(fā)生碰撞，因此對高空放索安全要求很高。撐桿隨主桁架一同吊裝，拉索由吊車和登高車配合安裝。

圖12 拉索軸測圖

圖13 拉索現(xiàn)場安裝圖

3.4.3 拉索張拉和支撐架卸載技術(shù)

如圖14 所示，主桁架吊裝時，每榀主桁架分成7 段，共設(shè)置6 組臨時支撐架。主桁架鋼索張拉時對臨時支撐架受力會產(chǎn)生明顯影響。施工時，靠近拱腳的兩組臨時支撐在拉索張拉前先行卸載；受力主索張拉完成后，安裝拉索交叉節(jié)點斜拉桿和穩(wěn)定索，張拉穩(wěn)定索至設(shè)定值，完成多段多階預(yù)應(yīng)力拉索張拉；按位移逐級卸載中間四組臨時支撐架，采用火焰和沙漏卸載。

圖14 拉索張拉和臨時支撐卸載流程

如圖15 所示，桁架張弦主索在桁架兩端均設(shè)置調(diào)節(jié)端，采用兩端張拉的方式，雙端張拉。一端先張拉50%，然后到另一端張拉至100%。張弦穩(wěn)定索采用調(diào)節(jié)端單端張拉方式。

圖15 拉索張拉方式

桁架拉索張拉力最大約200t，張拉過程中1臺油泵帶2 個150t 千斤頂工作。預(yù)應(yīng)力鋼索張拉采用雙控，以索力控制為主、變形控制為輔。預(yù)應(yīng)力鋼索張拉完成后，應(yīng)立即測量校對。如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)暫停張拉，待查明原因，并采取措施后，再繼續(xù)張拉。油泵啟動供油正常后，開始加壓，當(dāng)壓力達(dá)到鋼索設(shè)計拉力時，超張拉5%左右，然后停止加壓，完成預(yù)應(yīng)力鋼索張拉。張拉時，要控制給油速度，給油時間不應(yīng)低于0.5min。

4 結(jié)語

該煤場封閉鋼結(jié)構(gòu)工程超大跨度預(yù)應(yīng)力拱形桁架共7 榀，桁架跨度大、桿件多，單榀桁架重量大、施工場地受限，又要保證電廠發(fā)電工作的正常運轉(zhuǎn)，因此施工難度極大。采用本施工方法，高質(zhì)高效完成了7 榀張弦拱形桁架的施工，安裝過程中計算最大擾度為96mm，實際預(yù)起拱105mm，實測豎向變形為100mm 與模擬值非常吻合。

本文施工方法臨時支撐架設(shè)置考慮拉索施工，減少了拉索操作架；臨時支撐架采用結(jié)構(gòu)構(gòu)件周轉(zhuǎn)，減少施工輔助工裝材料；多段多階預(yù)應(yīng)力索索力一次張拉完成，施工簡單方便；地面整體拼裝，空間原位安裝，預(yù)應(yīng)力拉索原位安裝張拉，工程施工精度高；此方法可以在設(shè)計位置安裝，也可以是設(shè)計位置平移后的“原位”，配合滑移施工時可以不是軸線位置安裝，施工比較靈活。在既有廠區(qū)采用此施工方法經(jīng)濟合理、安全可靠，還解決了大跨度張弦拱形鋼結(jié)構(gòu)的受力索、穩(wěn)定索之間的張拉以及支撐架的卸載問題，可供類似工程提供借鑒。