钢结构技术论文(2)
钢结构技术论文
钢结构技术论文篇二
钢结构滑移施工技术
【摘 要】现阶段大跨度钢结构广泛应用于铁路站房建设，施工技术更是日新月异。以下以莆田站站房钢结构工程为例，说明滑移施工技术在大型铁路站房钢结构中的应用。
【关键词】大跨度;空间桁架;整体累积滑移
1 工程简介
莆田站站房分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区段，结构采用混凝土柱、梁形成框架结构，屋盖为钢结构屋盖。站房顺轨道方向长约243m，宽约55m。钢结构屋盖支撑于混凝土柱柱顶支座或埋件上，屋面标高为24m―29.66m。站房屋面钢结构总投影面积为18540�，钢结构总量2900吨，总滑移重量约2000吨。站房屋面由横向主桁架和纵向次桁架构成，主、次桁架均为钢管桁架，其中Ⅰ、Ⅲ区段为平面管桁架，Ⅱ区段为倒三角空间管桁架。主桁架跨度为50米，最大悬挑距离17.75m。上、下弦杆为Φ245×10、Φ219×8，腹杆为Φ127×6。主桁架与次桁架及檩条构成整个钢屋面体系。站房Ⅱ区段钢结构材质主要采用Q345B，Ⅰ、Ⅲ区段材质采用Q235B，桁架均采用焊接连接的形式，其中全熔透焊缝等级为二级，其他为三级焊缝。站房钢结构跨度大且异型构件较多，受交叉施工影响，大型吊车无法就近施工，高空散拼，整体提升均不能满足施工要求，考虑滑移施工技术，本工程采用整体累积滑移方法，节省工装材料，保证工期进度。
2 滑移施工技术
2.1 滑移施工技术简介
本工程的滑移工作量为1轴线～28轴线间的主桁架(含部分次结构)。因滑移结构的特点，在不同分区内设置滑移轨道时，其中心不在同一条直线上，所以需要设计两套滑移支座来解决换手难题。
采用液压顶推滑移钢桁架结构，需设置专用的滑移轨道，待滑移构件(或滑靴)坐落于滑移轨道上，通过安装在构件上的滑移设备顶推滑移构件，沿轨道由初始拼装位置滑移至设计位置就位。根据工程特点，滑移轨道共铺设2条，分别在B轴线及H轴线处的剪力墙上方。并在剪力墙上方每1m设置预埋板400*200*16 mm。
液压同步爬行施工技术特点：
2.1.1 与传统的卷扬机钢丝绳牵引不同，爬行机器人滑移过程的推进力及推进速度完全可测和可控。计算机系统通过传感器检测爬行机器人的推进力及速度，控制各机器人之间的协调同步，当有意外超载或同步超差时，系统会及时做出调整并发出报警信号，从而使滑移过程更加安全可靠;
2.1.2 通过爬行机器人设备的模块化组合、扩展，被滑移构件的重量、尺度和滑移距离不受限制;
2.1.3 设备体积小、自重轻、承载能力大，自动化程度高，操作方便灵活，安全可靠性好，特别适合于在狭小空间或起重设备难以进入的施工场地进行大体量构件的累积滑移安装;
2.1.4 可多点顶推，分散主桁架结构、滑移梁及混凝土柱梁所受附加力;
2.1.5 推移反力由距构件很近的一段轨道直接承受，因此对轨道基础处理要求低;
2.1.6 由于液压爬行器与构件采用硬连接，易于同步控制，就位准确性高。
根据钢桁架结构安装特点及工期的合理性，将屋面钢结构分为三个区域，分区一为六榀主桁架及其次结构，分区二为十九榀主桁架及其次结构，分区三为七榀主桁架及其次结构，每个区域作为一个独立的滑移单元。即1～5轴线(6榀桁架)为第一滑移单元，6～22轴线(19榀桁架)为第二滑移单元，23～28轴线(7榀桁架)为第三滑移单元。
如下图所示：
2.2 液压滑移原理
“液压同步滑移施工技术”采用液压爬行器作为滑移驱动设备。液压爬行器为组合式结构，一端以楔型夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与构件连接，中间利用液压油缸驱动爬行。
自锁型液压爬行器是一种能自动夹紧轨道形成反力，从而实现推移的设备。此设备可抛弃反力架，省去了反力点的加固问题，省时省力，且由于与被移构件以铰接形式连接，同步控制较易实现，就位精度高。
液压爬行器的楔型夹块具有单向自锁作用。当油缸伸出时，夹块自动锁紧滑移轨道，推动结构向前进;油缸缩回时，夹块松开，与油缸同方向移动。
液压滑移技术主要设备为：TJG-1000型液压爬行器;TJV-15型液压泵源系统;YT-1型计算机同步控制系统。
液压滑移技术同步控制系统：液压同步滑移施工技术采用计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。
2.3 滑移施工作业流程
桁架分段的吊装就位→桁架间次桁架及檩条等主结构安装就位→液压爬行器的布置及调试→操作爬行器工作将滑移单元向前滑移一个主桁架间距(本次滑移一榀桁架与下一榀桁架的间距)→重复上述步骤滑移至安装位置就位。
2.3.1滑移施工前应做好如下准备工作：
a)桁架上的分段下端根据设计计算要求安装滑靴，并在滑靴底面根据滑靴与滑移轨道的位置关系设置滑移挡板，在滑移过程中起到水平限位和导向作用。
b)在滑移单元安装爬行器，根据设备的性能和结构的特性，采用推进式爬行器，即将爬行器设置与滑移单元的后端根据受力计算并结合爬行器连接件的尺寸等构造要求在爬行器连接的滑靴上设置耳板。
c)在进行滑移轨道及相应支撑布置时，须同时将滑移设备进行布置：根据轨道及轨道上爬行器及相关控制系统的合理布置;并在桁架滑移前完成检查及调试工作。
液压爬行推进系统设备安装型式如下图所示：
2.3.2 施工流程
整个站房钢结构屋盖安装涉及同步累积滑移作业的施工流程主要分为如下六个步骤：
第一步：滑移轨道布置、铺设;
第二步：液压爬行系统设备安装、调试;
第三步：主桁架等钢结构累积滑移; 第四步：钢屋盖结构全部滑移到位、调整;
第五步：滑移设施(液压爬行器、轨道、大梁等)拆除。
钢屋盖滑移方向由北向南，直至全部主桁架及其间次结构安装完毕、滑移到位。
2.3.3 工作内容
在整个钢结构屋盖同步累积滑移作业施工中，滑移专业作业主要完成如下内容：
提供液压爬行器外形及安装尺寸，配合滑靴及滑移顶推点设计;
提供滑移轨道的型号和型式，提出安装要求;
安装及拆除液压同步滑移系统设备;
液压同步滑移系统现场调试;
2.3.4 滑移施工前注意事项：
(1)根据钢结构屋盖同步累积滑移的安装工艺特点，配置液压爬行系统设备;
(2)结合主桁架支座处的结构特点，进行滑靴及滑移顶推点设计、制作及安装;
(3)滑移轨道及预埋件设计、制作及安装;
(4)液压泵源系统的检修与调试;泵源系统耐压实验、泄漏检查、可靠性检查。
(5)液压爬行器的试验;液压爬行器主油缸的耐压和泄漏试验，必要时更换新的密封圈;液压锁的可靠性试验。
(6)楔型夹块的全面检修。
(7)电气控制系统检修与试验;计算机同步控制系统、泵站控制柜及各种传感器的检修与调试。
2.3.5 液压爬行系统配置
(1)总体布置原则
满足钢结构屋盖累积滑移驱动力的要求，尽量使每台液压爬行器受载均匀;尽量保证每台泵站驱动的液压爬行器数量相等，提高泵源系统利用率;在总体布置时，须保证各连接处及相应操作环节、设备及系统的安全性和可靠性，以保证施工过程的安全。
(2)滑移承重系统配置
本工程中滑移轨道共设置2组，每组(条)轨道上根据单个滑靴支点及总的反力值，配置满足同步顶推滑移的液压爬行器数量，以保证滑移过程中钢结构屋盖的稳定和安全。
在第一榀主桁架两端滑靴处、轨道上各配置一组(一台)TJG-1000型液压爬行器，滑移过程荷载不均匀系数取1.2，动荷载系数取1.05，摩擦系数取0.2，每块滑移分区的两条轨道上的自重荷载分布按照基本相同考虑，则：
单台液压爬行器的最大工作荷载为：400×1.2×1.05×0.2/2)=50.4吨。单台液压爬行器的最小顶推力裕度系数为：100/50.4=2。
根据设备设计规范及类似工程经验，液压爬行器采用如上顶推力裕度系数能够满足本工程同步滑移的需求。
(3)泵源系统配置
由于各滑移胎架顶推点之间距离很远，故泵源系统采用跟随液压爬行器配置。即每组的两台液压爬行器并联，配置一台泵源系统。
本工程中液压泵源系统选用TJD-15型常规泵站，共配置4台。
(4)滑移速度
液压同步滑移系统设备的顶推速度取决于泵源系统的配置及流量、同步控制策略和其他辅助工作所占用的时间。
在本工程中，滑移水平推移速度 >10米/小时。
2.3.6 同步滑移控制
(1)滑移控制策略
液压滑移同步控制应满足以下要求：
尽量保证各台液压爬行器均匀受载;
保证各个滑移点保持同步。
根据以上要求，制定如下的控制策略：
将单侧两台液压爬行器并联，并设定为基准点即主令点A，位于另一侧的两台液压爬行器并联并设定为从令点B。
滑移控制点平面布置见下图：
在计算机的控制下从令点B以位移量来跟踪比对主令点A，保证各台液压爬行器在滑移过程中始终保持同步。
(2)同步控制原理
滑移同步控制原理框图详见下图：
2.3.7 液压同步滑移系统调试
(1)系统调试
液压滑移设备系统安装完成后，按下列步骤进行调试：
检查泵站上所有阀或硬管的接头是否有松动，检查溢流阀的调压弹簧处于是否完全放松状态。
检查泵站启动柜与液压爬行器之间电缆线的连接是否正确。
检查泵站与液压爬行器主油缸之间的油管连接是否正确。
系统送电，检查液压泵主轴转动方向是否正确。
在泵站不启动的情况下，手动操作控制柜中相应按钮，检查电磁阀和截止阀的动作是否正常，截止阀编号和牵引器编号是否对应。
检查传感器(行程传感器，位移传感器)。按动各台液压爬行器行程传感器的2L、2L-、L+、L-，使控制柜中相应的信号灯发讯。
滑移前检查：启动泵站，调节一定的压力(5Mpa左右)，伸缩爬行器主油缸：检查A腔、B腔的油管连接是否正确;检查截止阀能否截止对应的油缸;检查比例阀在电流变化时能否加快或减慢对应油缸的伸缩速度。
预加载：调节一定的压力(2～3Mpa)，使楔形夹块处于基本相同的锁紧状态。
(2)分级加载试滑移
待液压同步滑移系统设备检测无误后开始试滑移。经计算，确定液压爬行器所需的伸缸压力(考虑压力损失)和缩缸压力。
开始试滑移时，液压爬行器伸缸压力逐渐上调，依次为所需压力的20%，40%，在一切都正常的情况下，可继续加载到60%，80%，90%，100%。
钢结构屋盖主桁架滑靴刚开始有移动时暂停滑移推进，保持滑移设备系统压力。对液压爬行器及设备系统、结构系统进行全面检查，在确认整体结构的稳定性及安全性绝无问题的情况下，才能开始正式滑移。
2.3.8 液压滑移安全措施
(1)在一切准备工作做完之后，且经过系统的、全面的检查无误后，现场滑移作业总指挥检查并发令后，才能进行正式进行滑移作业。
(2)在液压滑移过程中，注意观测设备系统的压力、荷载变化情况等，并认真做好记录工作。
(3)在滑移过程中，测量人员应通过激光测距仪及钢卷尺配合测量各滑移点位移的准确数值。
(4)滑移过程中应密切注意滑移轨道、液压爬行器、液压泵源系统、计算机同步控制系统、传感检测系统等的工作状态。
(5)现场无线对讲机在使用前，必须向工程指挥部申报，明确回复后方可作用。通讯工具专人保管，确保信号畅通。
2.3.9滑移到位卸载施工说明
站房桁架滑移到位后，标高高于桁架实际安装高度，故必须进行卸载。本工程卸载采用50t级的千斤顶80只。卸载处采用1300mm的短轨道。
站房桁架滑轨高为140mm，桁架支座底部支座高位670mm，故滑靴厚度设置350mm，此时用两只50t千斤顶将桁架顶起30mm左右，即可将在卸载处设置1300mm长的短轨道及滑靴抽出，然后将支座安装到位。
3 结语
莆田站钢结构安装施工过程中，站房屋面使用大型构件液压爬行推进系统累积滑移就位的施工技术进行作业，既满足了莆田站钢结构安装的质量要求，也保证了屋面结构体系安装精度要求。同时为以后的大跨度屋面钢结构安装施工，积累了宝贵的经验，具有良好的使用推广价值。
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