某火車站站臺雨棚鋼結構整體滑移施工監測分析

張國會

(天津大學仁愛學院,天津 301636)

從結構的整個生命周期來看,平均風險概率最高的時間區段并不是在正常使用階段,而是在建造施工階段和老化階段[1]。大跨空間鋼結構體型龐大、體系復雜,在施工中選擇相應的監控手段對確保施工安全和提高施工質量是十分有效的,通過監測獲得結構施工過程中大量有價值的數據,對總結施工過程中內力重分配和時空最大值,以及施工過程對結構最終受力的影響都具有十分重要的意義[2，3]。本文針對某火車站臺既有雨棚改造工程,以鋼結構的滑移法施工為研究對象,對其滑移施工段進行全過程監控,并通過監測獲得結構施工過程中的應力應變等重要數據,以確保工程的安全施工,保證施工質量。

1 工程背景

某火車站原基本站臺凈寬為10.5 m,因無法滿足現有客流量的使用要求,基本站臺凈寬度需擴寬至17.2 m,所以需要擴大既有雨棚的跨度,對原雨棚桁架進行改造,使雨棚主桁架跨度由原來的64.6 m擴建至71.3 m[4]。該雨棚采取在桁架跨中位置對稱切割,13榀桁架整體半跨固定半跨滑移的施工方法,將桁架沿站房一側滑移6.7 m,改造后的站臺雨棚剖面如圖1所示。

根據本工程的結構特點及改造要求,該雨棚滑移的總體思路是將桁架從中部割斷,在主桁架下方搭設支撐架,同時在柱腳處布置液壓爬行器,將桁架沿站房一側滑移6.7 m。第一次滑移13榀桁架,滑移結束后,再滑移對稱的13榀桁架。桁架滑移步驟如圖2所示。為了評定其滑移過程中桁架結構的安全性,使結構在滑移過程中保持同步且不因應力過大產生過大的變形[5],滿足其后續施工和使用的要求,現對該桁架結構整體滑移過程中的部分桿件應力應變進行現場監測。

圖1 改造后雨棚剖面(單位：m)

圖2 桁架滑移步驟(單位：m)

2 監測方案

2.1 測點布置

本次監測的結構為既有雨棚東側的13榀桁架,每級滑移行程結束后通過振弦頻率采集儀進行數據記錄,通過公式換算得到每級行程中不同測點的應變及應力水平,由此分析此滑移施工的同步性及安全性。本次應變監測共選擇了6處測點安裝振弦式應變計,具體分布如圖3所示。

圖3 測點位置分布(軸測)

由于本次監測目的在于判斷及評價滑移過程中各榀主桁架的同步性,因此選擇4個測點布置在側向連系三角桁架的下弦斜腹桿上(圖4a),便于監測由于滑移不同步引起的剪力變化。同時選擇2榀主桁架上弦桿的梁柱交點布置了2個測點(圖4b),監測由于滑移千斤頂在頂推過程中對主桁架的影響。

圖4 測點具體位置

在滑移過程中,數據的采集與滑移行程同步,每級滑移行程結束采集并記錄振弦式表面應變計的頻率值,同時初步計算桿件的應力值,避免由于過大的應力造成桿件變形或者破壞,影響后續施工和使用,保證整個滑移施工安全順利進行。

2.2 數據采集制度

滑移分為試滑移和正式滑移2個階段：0～10 cm為試滑移,10～670 cm為正式滑移。試滑移階段,分為多級小位移來調節滑移設備,檢查滑移能否正常工作。正式滑移階段,每30 cm為一級,逐級累加。根據上述滑移施工工序,監測內容分為4個部分,分別為滑移前、試滑移階段、正式滑移階段和滑移結束階段。

(1)滑移開始前,利用振弦頻率采集儀記錄各測點處振弦式表面應變計的初始頻率值。

(2)試滑移階段,由于每次滑移值很微小且滑移處于同步調整階段,桿件中的應力變化同樣較小,選擇性的采集頻率數據。

(3)正式滑移階段,在每級滑移結束后進行監測,即每滑移30 cm進行一次頻率采集,測試各測點桿件的應力水平。

(4)滑移結束后,繼續監測幾組數據,保證得到的桿件應力已經處于穩定狀態。

3 監測數據及結果分析

各級滑移過程中,各監測點處桿件的應力應變,采用振弦式表面應變計測定。由于監測點2處的應力應變值最大,以該監測點為例測得每級滑移行程后的頻率值,根據表面應變計的參數表,通過相應公式換算得到滑移時的桿件應變及應力值,分析實驗設備采集到的數據,如表1～表4所示。

表1 滑移開始前初始值

表2 正式滑移值

表3 滑移開始前初始值

表4 正式滑移值

通過監測數據表可以得到桁架結構各測點桿件應變及應力隨滑移級數的變化關系,分別如圖5、圖6所示。分析結構在整個滑移過程中的應力水平及其變化規律,判斷滑移過程結構整體安全性及對結構變形的影響。

圖5 監測點滑移-應變曲線

圖6 監測點滑移-應力曲線

通過表1～表4、圖5和圖6分析可知：

(1)滑移施工的過程中桁架結構的最大應變出現在24軸主桁架梁柱交點位置處(監測點2),應變值為287.84 με,此時的應力值為59.30 MPa,可見主桁架上的應力水平遠小于桿件屈服應力,表明滑移施工中的外荷載對主桁架的影響較小；

(2)起連接作用的三角桁架上最大應變值為133.51 με,此時的應力值為27.50 MPa,發生在監測點5處,可見連系三角桁架上的應力水平很低,表明滑移施工過程中的各榀主桁架的同步性很好。

4 結論

通過現場對13榀桁架整體滑移施工的監測,以及后期對數據的分析處理,可以得出以下結論：

(1)每級滑移過程中,側向連系三角桁架應力水平較低,說明三角桁架承受的剪力較小,說明滑移施工中各榀桁架滑移同步性較好,桁架結構未出現任何異常現象；

(2)每級滑移過程中,所測兩榀主桁架的上弦桿應力水平較低,說明滑移施工中所施加的外荷載對結構主體的影響很小；

(3)現場監測結果證明雨棚13榀桁架整體滑移施工過程安全合理,滑移后的桁架滿足正常使用要求。

[1] 劉西拉.結構工程學科的現狀和展望[M].北京：人民交通出版社,1997.

[2] 孫旭光,翁來峰.基于光纖光柵傳感技術的網殼滑移法施工監測[J].工程施工技術,2010(11)：105-108．

[3] 曹志遠.土木工程分析的施工力學方法[J].工程力學,1996(S)．

[4] 孫旭光.網殼結構滑移施工全過程分析及監測[D].杭州：浙江大學,2005．

[5] 趙仁孝,宋根由.空間網架結構施工可靠性分析及其監控技術[J].工程力學,1996(S)．

[6] 武雷.大跨鋼屋蓋施工安裝方法研究[D].南京：東南大學,2001．

[7] 李智.佳鐵鞍形網殼結構施工可靠性及監控技術[D].哈爾濱：哈爾濱建筑大學,1999．

[8] 劉偉亮. 跨度鋼桁架結構的滑移法施工[D].重慶：重慶大學,2001．

[9] 高凌,吳偉杰,畢慶槐,黃利順. 多軌道不等高程同步滑移技術在北戴河火車站中的應用[J].施工技術,2011(8)：26-29．

[10] 王毅,遇瑞,羅永峰.某廠房鋼屋蓋整體滑移施工分析[J].結構工程師,2008(10)：141-144．