滑移施工技術在超大跨度拱形管桁架中的應用*

張明亮，劉 維，曾治國

(湖南省第二工程有限公司，湖南 長沙 410015)

1 工程概況

某電廠煤場封閉改造工程，采用預應力拉索管桁架結構，7榀設置平衡鋼索，桁架跨度185m、長度254m。整體結構模型由9榀主桁架和15道次桁架組成，主桁架為不對稱四邊形立體桁架，桁架頂標高為51.779m，支座間距4，27m，支座底標高為2.500m。桁架結構布置如圖1所示。

圖1 桁架結構布置

2 施工方案

制訂鋼結構施工方案時需考慮結構以下特點：①單榀主桁架跨度大、構件長、斷面大，對施工質量要求高；②各榀屋架就位高度與傾斜角度不完全相同，安裝措施不能全重復利用；③主桁架為不對稱四邊形立體桁架；④鋼桁架體形龐大，需在起吊范圍內現場拼裝。

考慮以上工程特點、技術可行性及經濟性等因素，對2～5號主桁架采用累積滑移施工方案，其余桁架均采用原位分段安裝。施工總平面布置如圖2所示。

圖2 施工總平面布置

3 設備選型

1)起重設備 3臺25t汽車式起重機負責鋼桁架結構構件卸貨、倒運和地面拼裝，200，280t履帶式起重機負責管桁架吊裝施工。

2)滑移頂推設備 8臺YS-PJ-100型液壓頂推器采用YS-PP-15型液壓泵源系統、YS-CS-01型計算機控制系統。

4 施工工藝

圖3 滑移軌道及滑移頂推點位置示意

2)第2步 將主桁架分為A，B，C，D 4個施工段分別在地面完成拼裝。

4)第4步 分別利用1臺200t履帶式起重機將2號桁架A，D段吊至設計位置，一端支承在滑移軌道上，另一端支承在臨時支架上。

5)第5步 先利用1臺200t及1臺280t履帶式起重機將2號桁架B段吊裝至設計位置，一端與A段連接，另一端支承在臨時支架上，采用同樣方法將C段吊裝至設計位置，一端與D段連接，另一端與C段連接并完成2號桁架拉索安裝。

6)第6步 安裝3號桁架A，D段及相應的次桁架，然后安裝3號桁架B，C段及拉索。

7)第7步 安裝2，3號桁架間次桁架，并將拉索一端初張拉至30%張拉力，另一端將拉索拉至100%張拉力，安裝檁條、馬道等構件。然后將2，3號桁架滑移至⑦，⑧軸線。

8)第8步 按上述步驟依次完成4～6號桁架、拉索、檁條及馬道等構件安裝和滑移。然后將支撐架移動至～軸，安裝8號桁架、拉索、檁條及馬道等構件。

9)第9步 安裝1，9號山墻桁架、檁條及馬道等。

5 施工驗算

5.1 起重設備驗算

工程吊裝最大起重為64t，所需起吊高度為30.6m，采用1臺280t履帶式起重機起吊，主臂50m，副臂21m，不存在扛臂問題，起吊高度滿足要求，最大負載率為64/81.7=78.3%<80%，滿足要求。

5.2 管桁架吊裝驗算

利用MIDAS有限元模擬軟件建立結構模型，以最大3號桁架B，C段為例，考慮1.4倍動力系數，計算結果如圖4所示，可知應力比0.799<1，滿足要求。

圖4 3號管桁架B，C段吊裝驗算結果

5.3 吊裝鋼絲繩計算

僅對構件吊索進行驗算，不包括起重機自身吊索。最大桁架吊裝重約70t，采用8點綁扎起吊，鋼絲繩間夾角α取60°，則每根鋼絲繩所受拉力為：

ΣS0=PK/b=700×8/

(8×cos30°×0.82)=985.7kN

(1)

式中：P為桁架段總重,取700kN；K為鋼絲繩使用安全系數，取6；b為鋼絲繩間荷載不均勻系數，取0.82。

根據GB/T 20118—2017《鋼絲繩通用技術條件》選擇6×37M類FC纖維芯鋼絲繩，公稱抗拉強度為1 770MPa，直徑為44mm，最小破斷拉力1 010kN>985.7kN，滿足吊裝安全要求。

5.4 支撐驗算

1)支撐地基承載力驗算

支撐架分為H形塔式起重機(見圖5a)標準節支撐架和T形支撐架(見圖5b)，地基承載力按120kPa進行計算。H形支撐架地基承載力為3m×3m×120kPa=1 080kN≥900kN，T形支撐架地基承載力為2×2m×2m×120kPa=960kN≥800kN，地基承載力均滿足要求。

圖5 塔式起重機形式

2)支撐架驗算

T形和H形支撐架均按最不利工況驗算，計算結果如圖6所示。各構件應力比均<1.0，滿足結構安全性要求。

圖6 支撐架驗算結果

3)支撐架纜風繩驗算

按最不利工況計算，最大拉力值為65kN，安全系數選用3.5，不均勻系數為0.82，則每根鋼絲繩實際所受拉力為65kN×3.5/0.82=277.4kN。根據GB/T 20118—2017《鋼絲繩通用技術條件》選擇6×37M類FC纖維芯鋼絲繩，公稱抗拉強度為1 770MPa， 直徑為24mm最小破斷拉力301kN>277.4kN，滿足吊裝安全性要求。

5.5 滑移梁驗算

滑移梁按雙支座1 200kN水平力進行驗算，組合工況為1.0D+1.3L，計算結果如圖7所示，可知應力比為0.959<1，位移為56.492mm

圖7 滑移梁驗算云圖

5.6 施工過程仿真計算

1)計算說明

利用MIDAS軟件，按圖紙建立計算模型，構件規格、邊界條件和圖紙保持一致，并考慮1.1倍系數，對整個桁架安裝過程進行仿真模擬計算。受篇幅所限，選取部分主要施工階段計算結果進行分析。

2)計算結果

計算結果如圖8所示。由圖8可知：

圖8 計算結果(單位：mm)

1)桁架進行拉索張拉時，原桁架B，C段最大位移值明顯減小，A，D段位移增大，即拉索因其自身內力平衡，可有效減小下部受力構件水平推力，充分發揮材料性能。因此，拉索對保證大跨度管桁架穩定性有關鍵性作用。在施工中應控制好拉索張拉施工，確保拉索與鋼結構達到共同受力設計狀態。

2)桁架滑移施工時，位移發生明顯增大，跨中位置尤為明顯。因此，在實際滑移施工中，應著重對軌道水平支撐、桁架跨中位置位移進行監測。

3)隨著施工推進，施工長度逐步增加，桁架位移也隨之增大，最大幅度為77.62mm，但仍處于安全變形范圍內。因此，采用原位安裝與累計滑移施工相結合的方法可行。

6 結語

某電廠煤場封閉改造工程具有超大跨度、高質量和不對稱等特點。采用原位安裝和累計滑移施工相結合方法，確保了實際施工安全。