鋼網架結構整體提升技術及仿真研究

紀冬嶺

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司東北分院,黑龍江 哈爾濱150006）

為了保證鋼網架結構的提升效果和安裝質量,一方面要求現場施工人員必須熟練掌握各個流程中的技術要點,包括前期的拼裝、焊接,以及在提升過程中采取測量控制技術等。另一方面還必須結合工程實際情況,提前開展仿真研究,根據分析結果制定施工方案,確保鋼網架結構的施工質量安全。

1 鋼網架結構施工計算模型

通過模型的計算與分析,對鋼網架的安裝提供必要的參考。以建筑所受荷載為例,設計專門的荷載模型,可以對鋼網架結構不同位置的恒荷載、活荷載以及動力效應等全部直觀的展示出來。這樣在實際安裝施工時,將實際荷載控制在模型計算數值以內,從而保證了鋼網架結構安全。在模型設計時可以借助BIM軟件,根據工程設計方案、明確各部位的詳細參數,可以得到鋼網架的三維模型。

2 鋼網架結構的施工技術

2.1 施工現場平面布置

采用整體吊裝的方式,必須提前做好現場平面布置,為接下來的焊接、拼裝以及吊升等操作創造良好的條件。首先是進行現場平面分區,按照鋼網架的平面尺寸,分成3 個區域,其中1#區域鋼網架的規格為40×60=2400m2,現場需要設計15 組拔桿完成吊裝；2#區域鋼網架的規格與1#區域相同；3#區域鋼網架的規格為52×108=5616m2,現場需要設計21 組拔桿完成吊裝。鋼網架施工所需的各類材料、機械等也應當注意分區域存放。

2.2 鋼網架吊升技術

鋼網架完成焊接之后,利用設備完成吊升。整體吊升除了要熟悉整個操作流程外,還要注意以下技術要點：（1）拔桿的位置要以網架荷載分布軸線為參照,左右兩側對稱設置,這樣可以保證對鋼網架的支撐力,對減少吊升過程中因為受力不均勻而出現鋼網架變形的問題有一定幫助；（2）在加固現場平面的基礎上,還應當在拔桿下方放上一塊厚度為3cm 左右的鋼板,提高穩定性,防止拔桿受力出現沉陷的情況；（3）拔桿安裝時要注意使用測量設備,保證拔桿與地面保持90°；（4）鋼網架整體吊升時要注意控制提升速度,水平移動時速度不得超過5m/min,否則可能會產生明顯的晃動而增加水平誤差。

2.3 鋼網架拼裝技術

鋼網架拼裝前,現場拼裝人員需要徹底檢查并清理拼裝平臺,然后參考設計圖紙,在平臺之上進行測量放線。現場搭設拼裝臺架和臨時支撐,并按照從下往上的順序,依次完成下弦平面網格、垂直支撐腹桿、上弦平面網格的安裝,最后將節點進行焊接牢固,使用支座固定后完成鋼網架的拼裝。除了要按照工藝流程完成拼裝任務外,還要加強技術控制,尤其是注意控制誤差。拼裝人員首先要參照施工規范,明確各部分允許偏差的最大值,然后使用相應的測量方式,將實際誤差與允許誤差進行對比,對于超出允許范圍的進行相應的處理。鋼網架允許偏差及測量方法如表1 所示。

表1 鋼網架允許偏差及檢測方法

2.4 網架的焊接工藝

完成基礎材料準備和現場布置后,開始進行鋼網架的焊接。焊接前要注意清點各類材料和機具是否準備妥當。例如選用Φ3.6mm 的E50 焊條,除了焊條烘箱外,還有磨光機、碳弧氣刨等常用工具。明確焊接順序（如圖1）,注意檢查鋼材表面有無生銹、油垢等情況,如果有需要清理干凈后再進行焊接,保證焊接質量。

圖1 鋼網架焊接順序

采用定位焊的方式,同一焊接球上有多根焊條的情況下,要注意調節焊接順序和焊接角度。遵循“先仰、后立、再平”的順序依次完成焊接。完成焊接之后,還要檢查焊條與焊接球接觸的部位,是否存在熔渣或者是未焊透等情況。根據實際檢查結果對異常情況做相應的處理。焊接方式如圖2 所示。

圖2 球- 桿對接焊接方法示意圖

鋼網架各處按照要求焊接完畢之后,現場焊工還應對焊接質量進行一次全面的檢查。借助于超聲波探傷設備,能夠更加直觀的發現是否存在裂縫、漏焊、未焊透等一系列質量缺陷。根據無損檢測結果,對不符合質量要求的焊接部位進行相應的處理。例如,根據無損檢測發現有一處碳弧氣刨除去不合格焊縫,導致該區域的荷載能力達不到設計標準,后期受到壓力、拉力后很容易出現斷裂。因此采用填塞鋼板加固處理。將焊縫位置的鋼管縱向切開,在切口處填塞一塊厚度約為15mm 的鋼板,然后重新進行焊接（如圖3）,之后再次檢測,焊接質量完好,荷載達到設計標準。

圖3 填塞鋼板處理不合格焊縫

3 鋼網架結構整體提升階段的關鍵技術

3.1 正式提升過程控制

現場同時使用2 臺及以上的液壓提升機,需要在每臺設備上分別安裝一臺行程傳感器。所有傳感器檢測到的信號全部反饋給終端計算機。計算機通過分析參數,然后分別發送調控指令,保證了多臺液壓提升機能夠同步作業,一來可以實現同步提升,二來也有效地控制了誤差。按照提升速度的不同,整個行程分為三個階段,第一階段是緩慢加速階段,在加速到一定速度后,進入勻速運行階段。第二階段,在接近鋼網架吊升高度2m后,開始進入緩慢減速階段。第三階段,在平臺作業人員的協調下,精準、平穩的完成鋼網架的吊裝。

3.2 同步提升測量控制技術

對于超大規格的鋼網架,通常采取區域拼裝、分片提升、高空拼接的模式。這種模式下如何保證高空對接的精準性就成為必須要關注的問題。在同步提升時,使用全站儀無棱鏡輔助進行測量,讓計算機可以精準的掌握鋼網架提升的位置參數。同步發送調控指令,讓每一片網架都能夠在制定的位置固定,后期再進行統一的焊接,形成一個牢固的整體。

4 大跨度鋼網架結構整體提升施工仿真研究

4.1 有限元模型建立

使用有限元軟件建立模型,主要有兩部分組成,其一是物理模型,主要用于分析材料組成、截面和受力分析；其二是幾何模型,主要用于分析節點構造、結構連接等。通過兩種模型的組合,更加直觀的反映出鋼網架結構的受力情況,為下一步施工提供了必要的參考。

4.2 提升架施工仿真分析

考慮到鋼網架的規格較大、形狀復雜,需要采用仿真分析的方式,更加直觀的展示各個區域的應力集中情況,然后在仿真模型上確立最佳的吊點。參考仿真模型可以為實際吊裝施工提供必要的參考,保障現場作業安全和工程質量安全。圖4 為某鋼網架提升吊點的分布圖。

圖4 鋼網架吊點位置分布圖

5 結論

鋼網架作為現階段大跨度建筑中常用的一種結構形式,其提升吊裝是施工中的關鍵點。除了要掌握拼裝、焊接、吊升等關鍵技術外,還必須通過仿真研究確定受力形式和吊點位置,以仿真模型為參考指導施工開展,才能切實提升鋼網架的質量。