大跨度桁架階梯狀卸載新技術

◎ 北京鐵路局 張 鋼

1、工程概況

北戴河車站位于秦皇島市北戴河區北郊。東臨戴河，南臨205國道，西邊接壤撫寧縣，北戴河車站改造范圍為東西咽喉范圍之內，是連接北京與秦皇島之間的中心樞紐，是重要的交通要道。它是在既有站臺雨棚全部拆除后，新建的大跨度鋼結構無柱雨棚。北戴河站由新建站房、改擴建站臺雨棚及改造延伸進站天橋組成。

2、支撐體系概況

為滿足原雨棚桁架切割滑移改造，在桁架切割滑移前需按施工要求預先設計支撐架體，桁架滑移改造完后，對支撐架體進行卸載拆除。支撐架體見圖2：

3、卸載的總體思路

根據北戴河火車站既有雨棚的結構特點，在結構伸縮縫處將雨棚桁架分成二個區域進行滑移。滑移完畢，并且主體結構安裝完成后，需要對已形成的主結構進行整體卸載，卸載完成后再安裝剩余的主檁條。支撐架的卸載拆除過程是一個結構體系轉換的過程，結構變形及內力重新分配，支撐架的支點反力也都會隨著卸載方案及卸載順序不同而發生變化，為了保證結構及胎架在卸載過程中不發生破壞，必須選擇合理的卸載順序及方法進行卸載。

4、卸載的原則：

以結構計算分析為依據、以結構安全為宗旨、以變形協調為核心、以實時監控為手段，施工過程應嚴格遵循上述原則。

5、卸載的順序

現場需要卸載的部位分為柱腳處卸載及支撐架頂部卸載，根據有關專家討論意見，先卸載柱腳，然后卸載支撐架頂部，為確保結構在卸載過程中的穩定性，每榀桁架下的支撐架在卸載前該榀及相臨的桁架應施工完畢，并經檢查無漏焊等現象方可卸載。下面就支撐架頂部的卸載方案進行詳細的闡述。

圖1 北戴河火車站效果圖

圖2 支撐架搭設立面示意圖

6、卸載分區

根據卸載的總體思路，本工程卸載分四個區，每區采用分批漸進的方式進行，先卸中間二個區，然后再卸東西二個區，逐跨階梯狀卸載，卸載分區見圖4：

7、雨棚桁架滑移到位后的擾度值計算（施工階段）

7.1 計算軟件

根據本次分析的特點，選用大型有限元程序MIDAS GEN VER.780進行計算。

7.2 計算依據及計算荷載

本項目設計以中國規范、規程以及設計院提供的圖紙為依據。在計算分析過程中，考慮了結構自重以及施工過程中所可能出現的荷載。

（1）結構自重：由軟件自行考慮。

（2）恒荷載：屋面主檁條10.5KN/M 。

7.3 施加屋面恒載

屋面主檁條線荷載：10.5KN/M

7.5 計算結果

結構在1倍恒載下的擾度值如圖6所示：

圖3 主桁架立面示意圖

圖4 卸載分區示意圖

圖5 施加恒荷載

圖6 桁架擾度值示意圖（mm）

8、卸載步驟

根據以上數據分析，卸載后桁架最大擾度為42mm，為了減少兩榀相鄰桁架豎向位移差，以20mm支座位移為基準，進行桁架的卸載，即每榀桁架分二次卸載到位，具體卸載順序如下：

卸載步驟：一：①軸線滑移端卸載20mm；①軸線固定端卸載20mm；

圖7 桁架擾度示意圖

②軸線滑移端卸載20mm； ②軸線固定端卸載20mm；

二：①軸線滑移端卸載完畢；①軸線固定段卸載完畢；

三：③軸線滑移端卸載20mm；③軸線固定端卸載20mm；

四：②軸線滑移端卸載完畢； ②軸線固定段卸載完畢；

五：重復以上步驟，進行后續桁架的卸載。

9、卸載的方法及措施

本工程卸載是通過切除桁架下的支撐架，使支撐架與桁架脫空來達到卸載的目的。結構卸載值為結構自重恒載對應下支撐點端部結構垂直位移，卸載分成4個區域進行，每個區域由6榀或7榀主桁架組成，每個區域采用分級卸載（10%、30%、60%）。

支撐架分級卸載時用氣割將支撐架頂部設置的支撐H型橫梁逐步切割，如此反復操作直至桁架下降至與支撐架脫空，完成卸載后撤除支撐架。在切割前應H型橫梁上畫上刻度，刻度單位為每格20mm。在每一次卸載切割時嚴格按照上述數據進行切割。

10、卸載過程計算

由于每一滑移單元的桁架及荷載基本相似，為便于計算選取6榀典型桁架進行卸載過程中的計算，卸載過程采用MADIS分析軟件中的施工階段進行模擬。

9.2 卸載過程桁架應力比計算

結論：通過以上計算分析，桁架在卸載過程中最大變形42mm，最大應力比為0.265遠小于1，因此按照此方案進行卸載是安全、可靠的。

圖8 第一步：桁架卸載前的狀態

圖9 第二步：1軸線支撐架滑移端卸載20mm

圖10 第三步：1軸線支撐架固定端卸載20mm

圖11 第四步：2軸線支撐架滑移端卸載20mm

圖12 第五步：2軸線支撐架固定端卸載20mm

圖13 第六步：1軸線支撐架卸載完畢

圖14 第七步：3軸線支撐架卸載20mm

圖15 第八步：2軸線支撐架卸載完畢

圖16 第九步：4軸線支撐架卸載20mm

圖17 第十步：3軸線支撐架卸載完畢

圖18 第十一步：5軸線支撐架卸載20mm

圖19 第十二步：4軸線支撐架卸載完畢

圖20 第十三步：6軸線支撐架卸載20mm

圖21 第十四步：5軸線支撐架卸載完畢

圖22 第十五步：6軸線支撐架卸載完畢

11、卸載變形監測措施

根據“變形協調，卸載均衡”的原則，在卸載過程中應嚴格按照卸載順序和步驟執行，同時，在卸載過程中因結構自重而發生下撓變形，所以卸載時應對桁架下撓變形有必要進行監測。

根據以往類似工程卸載監測經驗，本項目卸載后的變形主要是結構在自重恒載作用下發生垂直下撓變形，因此，根據這種變形性質我們采取以下方式進行監測：

一、根據支撐架上事先劃好的刻度，在卸載切割過程通過對支撐架的切割量，可以量出在支撐點的位置桁架下撓變形量，并根據近似線性比例關系初步判斷桁架中部下撓量。

二、利用全站儀對桁架中部下撓度進行精確觀測。

卸載前預先在桁架中部布控觀測點，并測出卸載前的測量原始數據 ，在卸載時每完成一次級別的卸載步驟測量一次，直至卸載全部完成，對卸載全過程進行監測，實行信息化施工管理，并做好詳細的記錄，將最終測量數據整理后歸檔。

12、結語

近年來，隨著國家或地區經濟實力的增強，市民出行需求的提高，需要建造越來越多的大跨度的火車站房，才能滿足目前的交通需求。

與常規大跨度桁架卸載技術相比，本論文的卸載方法有兩個方面的優點：①節約卸載設備：常規桁架結構卸載方案需要同步卸載，即在每榀主桁架下方設置千斤頂，每榀主桁架等比卸載，這樣投入的設備較多，同時很難做到每榀主桁架卸載的同步性。本次卸載采用階梯狀卸載方法能夠做到逐榀卸載，主要配備相鄰桁架的千斤頂即可，節約了大量的卸載設備。 ②節約了總體的施工工期：常規卸載方法支撐架必須全部同時拆除，影響了地面土建施工的進度。階梯狀卸載方法，可以將先卸載的桁架下方支撐架先行拆除，拆除支撐架部分的空間，可以進行土建的工作，對工程的總體工期而言，比較有利。