大跨度钢结构滑移施工中同步控制分析

大跨度钢结构滑移施工中同步控制分析

杨 文

中建八局第四建设有限公司 山东青岛 266000

摘要：现阶段，钢结构在大跨度工程中得到了广泛的应用,并在实践中呈现出了极为稳定、可靠的应用优势,有着广阔的应用前景。和工程施工不同,大跨度钢结构施工对技术要求更加严格,特别是大跨度钢结构滑移施工中同步问题尤为重要，故施工单位对其要有足够的认识。基于此，本文就大跨度钢结构滑移施工中同步控制进行简要探讨。

关键词：大跨度；钢结构；滑移施工；同步；

1 工程概况

图1为某大跨度钢结构图，采用膜结构钢桁架，断面轴线尺寸202.2m，长度286m，上部桁架上弦管芯高度52m，最大外延跨度可达208.6m。结构共有7榀主桁架。钢结构每跨桁架支座支承在柱顶上，采用两端铰支的拱桁架，主桁架为倒梯形立体桁架，桁架宽度6m。为减小拱脚推力，在桁架下弦设置预应力钢索，钢索标高33m。整个钢结构屋盖的长度、宽度都非常大，由于现场场地条件限制，因此采用滑移施工方案。

图 1 工程施工图

2 滑移施工方案

按照桁架结构布置特点及滑移施工工艺的要求，桁架滑移施工拟采取“整体累计滑移”的施工工艺，即:第1跨与第2跨拼接好后整体向前滑移到指定位置，第3跨与第2跨拼装完成后，再将前三跨整体向前推，以此类推，到第7跨时整体滑移重量达到1750t。利用“液压同步顶推滑移”系统将拼装完成的滑移区主、次桁架等结构拼装成整体并整体滑移到设计位置。桁架结构滑移施工共设置2组通长滑移轨道，分别设置于结构的A轴和B轴线。

2.1 遇到的主要问题

1)如何建立滑移单元偏移的简化模型，分析牵引力不平衡对同步问题的影响，从而合理控制牵引力。

2)由于主桁架为张弦拱形桁架，桁架不仅有竖向压力，而且存在向外的水平压力，如何确定拉索的预应力，减少水平压力?

3)应确定哪些监测参数才能保证在滑移施工中结构的稳定性及安全性?

2.2 滑移施工中导致不同步的影响因素

1）滑移单元偏移；

对于各种类型的滑移结构现根据其对轨道是否产生水平侧推力来将其分为无平反力模型和有水平推力模型两类。本文属于后者，把滑移单元作为一个超级单元。由于滑移单元在两侧轨道上滑行时，位移不同步导致滑移单元存在偏移，从而发生滑移单元整体偏转。滑移单元发生极限偏移(即卡住时)的相互关系如图2所示。假设a为滑移轨道与滑移导向轮之间的允许偏差距离，θ为结构极限倾角，即结构卡住时产生的偏侧角度。l为跨度，b为宽度。

图2滑移单元偏移简化分析模型

2）牵引力的影响

钢结构在正常滑移过程中，除了承受竖向方向的自重荷载、支座反力以外，还承受顶推器的牵引力F1，F2、滑靴与支座之间的摩擦力f以及不同步位移产生的内力等。

3 监测方案设计要点

3.1 滑轨及支座结构的改进设计

减少摩擦系数，可以减少因牵引力不均匀带来的附加力矩。因此滑轨结构设计中，将原滑动摩擦形式改进为滚动摩擦，用30号圆钢做成滚轴。为了保证轨道接触面受力均匀，支座与导轨之间增加了箱梁结构。水平导轨用焊接连接，焊缝打磨光滑平整，并涂抹黄油，以保证充分的润滑。控制左右两边水平导轨的平行度。在侧向滑轨方面，采用导向轮与侧向导轨接触方式，两个导向轮固定在专用支架上，均匀布置在支架两端，导向轮起到导向作用，支架用以抵抗水平推力，如图3(a)所示。在支承轨道及其基础方面，铺设2条滑移支承轨道，以保持滑移时结构顶部标高正确，确保滑移结构安全。为防止滑移中自重压偏箱梁，先浇筑60cm厚的混凝土基础、再配以特制钢箱梁作为整个屋面的承载平台，同时每隔1.5m左右就搭设一根圆形钢管构成斜支撑体系，确保轨道的直线度，如图3(b)所示。

图3 滑轨及支座的结构图

3.2 主要监测参数的确定

根据理论分析，可以确定出主要监测参数。

3.2.1顶推点位移同步监测

在整体滑移过程中，各顶推点位移同步是工程施工的控制重点。若顶推点位移不同步，会造成滑移单元偏转，滑移单元在滑移中发生卡轨，停滞等现象，对系统造成冲击，引起振动变形。而且现场突发状况，也可以通过滑移支座的位移量反映出来。

3.2.2跨中挠度的监测

结构在滑移过程中，顶推力作用于纵向水平方向，若左右同步滑移，对跨中挠度影响不大。由于桁架结构属于空间受力状态，滑移若不同步，在平面外会产生弯曲变形或扭转变形等。而且滑移施工情况复杂，各种原因产生振动，会使得主桁架剪切变形或翘曲变形，对跨中挠度造成变化。因此需要检测跨中挠度，以判断滑移中主桁架结构的受力状态。监测结构单榀跨中下弦测点位置，根据在施工过程中高差变化，计算测点挠度的变化。

3.2.3水平推力的监测

水平推力可以反映同步状态，如牵引力差值引起的不同步。而且在实际施工中，根据大跨度空间结构的受力特性，竖向荷载作用下也将产生很大的水平推力，这将使支座下设置的导向轮与侧向导轨压紧，产生很大的摩擦阻力，给长距离的滑移带来困难。为了实时监测水平推力，在导向轮支架上，贴上电阻应变片，增加一套应变测试系统。

3.2.4索张拉力的监测

累积滑移施工中，各轴索之间相互作用，在不同施工阶段也相互影响，索张拉力难以控制。适当增加索的张拉力，可以减少结构的水平推力，从而减弱结构对侧向导轨的压力，以减小摩擦力。如果索张拉力达到一定值，可以使导向轮基本脱离侧向导轨。同时索张拉力可以保证滑移阶段的结构稳定性。各轴索的张拉原则是尽量减小支座的水平推力，最好控制在水平推力为零;各轴索按照滑移顺序逐根张拉，滑移到位之后，再将各轴索力分级调整到设计值。

结束语

1)为保证滑移的同步性，各顶推点的同步滑移问题是工程施工的控制重点，顶推点的滑移同步性能，可以避免滑移单元的偏转状态，也可以反映整个结构在累积滑移施工中的整体变形，通过现场实时观测记录能够对施工进行控制，对于可能出现的突发状况也能通过顶推点的滑移量进行预知。

2)整体滑移中，监测水平推力同等重要。在以往的工程实践中，更多的关注于内力杆件的应力变化，忽略了水平推力的变化。水平推力可以反映同步状态。

3)改进机械结构设计，改善结构参数，可以提高同步控制性能。如:改进支座的结构设计，提高滑轨滑靴的接触状态，严格控制滑轨的平面度和直线度等。

参考文献：

1. 郭猛，高未未，梁存之，等.大跨双向张弦结构不平衡支撑式滑移技 术 研 究［J］.建筑科学与工程学报，2019，32(01):153－155．