跨度近100m 網(wǎng)架分二次提升模擬分析技術(shù)

鐘逸晨 陳惠鵬 于康 史磊 孫波 張報(bào)成

1.工程概況

某機(jī)庫項(xiàng)目屋蓋結(jié)構(gòu)形式為三邊支承一邊開口（機(jī)庫大門），開口邊設(shè)置大門桁架。機(jī)庫跨度97m，進(jìn)深80m，屋蓋采用兩層斜放四角錐網(wǎng)架，此部分鋼結(jié)構(gòu)最大安裝標(biāo)高為+30.00m。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)、現(xiàn)場安裝條件以及提升工藝的要求,鋼結(jié)構(gòu)提升范圍為結(jié)構(gòu)的1～13 軸線×E～P 軸線之間，大門桁架自身高度為7.53m～9.00m，提升高度約為24m，網(wǎng)架和附屬結(jié)構(gòu)（檁條、馬道、大門墻架、吊車軌道等）提升總重量為701t。

圖1 網(wǎng)架平面布置圖

圖2 網(wǎng)架正立面圖

圖3 網(wǎng)架側(cè)立面圖

圖4 網(wǎng)架提升立面圖

圖5 網(wǎng)架提升區(qū)域示意圖

2.計(jì)劃施工思路

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在-0.50m 的地面上拼裝成整體提升單元，在網(wǎng)架下弦層利用混凝土柱和提升支架設(shè)置提升平臺(tái)（包括網(wǎng)架處使用的提升平臺(tái)1 和大門桁架處使用的提升平臺(tái)2），在提升單元與上吊點(diǎn)（提升器下端）對(duì)應(yīng)的位置安裝提升下吊點(diǎn)臨時(shí)吊具和臨時(shí)管，安裝液壓提升系統(tǒng)（主要由液壓提升器、液壓泵源系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測系統(tǒng)組成）。調(diào)試液壓提升系統(tǒng)，進(jìn)行試提升，試提升無問題后，進(jìn)行第一次液壓提升，將提升單元整體提升至3.0m 高度，暫停提升。

圖6 網(wǎng)架提升區(qū)域示意圖

圖7 網(wǎng)架第一次提升吊點(diǎn)平面布置圖

圖8 網(wǎng)架第二次提升吊點(diǎn)平面布置圖

圖9 網(wǎng)架與大門桁架對(duì)接模型

圖10 網(wǎng)架第二次提升結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

圖11 網(wǎng)架最大豎向變形

圖12 網(wǎng)架最大應(yīng)力比

圖13 網(wǎng)架最大提升反力

將提升單元與大門桁架對(duì)接（對(duì)接桿件見圖5），結(jié)構(gòu)形成整體后，調(diào)整提升系統(tǒng)位置（見圖6、圖7）[1]，完成網(wǎng)架受力體系轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行第二次液壓提升，將網(wǎng)架整體提升至設(shè)計(jì)安裝位置24.0m高度，補(bǔ)裝剩余后補(bǔ)桿件（見圖5）。結(jié)構(gòu)形成整體受力后，液壓提升器卸載，拆除提升設(shè)備及臨時(shí)措施，完成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)安裝。

3.模擬分析

對(duì)結(jié)構(gòu)提升進(jìn)行模擬分析：網(wǎng)架、支承結(jié)構(gòu)（包括提升平臺(tái)1、提升平臺(tái)2、提升支架）采用通用有限元分析軟件MIDAS/Gen 進(jìn)行仿真計(jì)算與分析。

3.1 網(wǎng)架有限元仿真分析

恒荷載取結(jié)構(gòu)自重（含檁條、馬道、大門墻架、吊車軌道等附屬結(jié)構(gòu)）;標(biāo)準(zhǔn)荷載組合取1.0 倍恒荷載；基本荷載組合綜合考慮《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》[7]及《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[6]，為保險(xiǎn)起見，取1.5 倍恒荷載。

圖14 提升平臺(tái)1 模型

圖15 提升平臺(tái)1 最大應(yīng)力比

圖16 提升平臺(tái)1 最大豎向變形

圖17 提升平臺(tái)2 模型

圖18 提升平臺(tái)2 最大應(yīng)力比

圖19 提升平臺(tái)2 最大剪應(yīng)力比

圖20 提升平臺(tái)2 最大豎向變形

經(jīng)通用有限元分析軟件MIDAS/Gen 進(jìn)行仿真計(jì)算與分析，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在提升過程中，最大應(yīng)力比為0.85 ＜1[1]，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[5]要求。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最大變形為145mm[3]，其支座間距約為94600mm，變形為跨度的1/652 ＜ 1/400，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[5]要求。

圖21 提升支架模型

3.2 支承結(jié)構(gòu)有限元仿真分析

支承結(jié)構(gòu)包括提升平臺(tái)1（網(wǎng)架處使用）[2][3]、提升平臺(tái)2（大門桁架處使用）[3]、提升支架[4]。

恒荷載：為保險(xiǎn)起見，取1.1 倍支承結(jié)構(gòu)自重；提升荷載：各提升平臺(tái)最大提升反力；風(fēng)荷載：根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可保守取名義風(fēng)荷載（提升反力的5%）進(jìn)行驗(yàn)算，本計(jì)算中名義風(fēng)荷載（提升反力的5%）大于《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》[7]風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，故采用名義風(fēng)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)核。

標(biāo)準(zhǔn)荷載組合取1.0（恒荷載+提升荷載+風(fēng)荷載）；基本荷載組合綜合考慮《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》[7]及《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》[6]，取1.3 恒荷載+1.5 提升荷載+1.0風(fēng)荷載。

經(jīng)通用有限元分析軟件MIDAS/Gen進(jìn)行仿真計(jì)算與分析，提升時(shí)提升平臺(tái)1 最大應(yīng)力比為0.76 ＜1，滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[5]要求；最大豎向變形為3mm，滿足《重型結(jié)構(gòu)和設(shè)備整體提升技術(shù)規(guī)范》[7]要求。

經(jīng)通用有限元分析軟件MIDAS/Gen進(jìn)行仿真計(jì)算與分析，提升時(shí)提升平臺(tái)2最大應(yīng)力比為0.62，最大剪應(yīng)力比為0.58，最大豎向變形為2mm，均滿足規(guī)范要求。

經(jīng)通用有限元分析軟件MIDAS/Gen進(jìn)行仿真計(jì)算與分析[1]，提升時(shí)提升支架最大應(yīng)力比為0.69，最大豎向變形為9mm，均滿足規(guī)范要求。

4.結(jié)語

依托工程實(shí)例，采用有限元分析軟件MIDAS/Gen 對(duì)跨度近100m 網(wǎng)架分兩次提升的施工過程進(jìn)行仿真計(jì)算與分析。通過對(duì)網(wǎng)架、提升平臺(tái)1、提升平臺(tái)2、提升支架等關(guān)鍵受力構(gòu)件進(jìn)行有限元分析，分析結(jié)果顯示,最大應(yīng)力比、最大剪應(yīng)力比、變形等指標(biāo)已滿足規(guī)范要求。目前該網(wǎng)架已整體提升至設(shè)計(jì)安裝位置。

圖22 提升支架最大應(yīng)力比

圖23 提升支架最大豎向變形

圖24 網(wǎng)架整體提升完成