過程監(jiān)控施工下的異形超大懸挑鋼桁架安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及國際專利分類E04B —般建筑物構(gòu)造或B23K焊接建造技術(shù)，尤其是過程監(jiān)控施工下的異形超大懸挑鋼桁架安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在我國得到了廣泛的應(yīng)用，例如場館結(jié)構(gòu)、高鐵車站雨篷等。這些類型的鋼結(jié)構(gòu)在施工時(shí)，傳統(tǒng)的施工方法是采用大型機(jī)械吊裝。鋼構(gòu)建筑用于的兩管、三管及多管拼成的管桁架結(jié)構(gòu)的弦桿、腹桿的組立。在焊接成型設(shè)置由于桿件的施工條件不同，精度不同以及重量不同。不利于工廠化制作。針對這種復(fù)雜的超大懸挑異形重鋼桁架結(jié)構(gòu)，在施工過程中，融入了計(jì)算機(jī)仿真分析和施工過程同步監(jiān)控，將實(shí)用的結(jié)構(gòu)測試技術(shù)、現(xiàn)場計(jì)算分析技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于施工，結(jié)合施工過程形成結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、監(jiān)測及反饋控制系統(tǒng)。通過施工現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)測試，跟蹤計(jì)算分析得出合理的反饋控制措施，給施工過程中結(jié)構(gòu)“力”與“形”的變化提供決策性技術(shù)依據(jù)，也對過程中彈性變形和剛體位移問題進(jìn)行綜合分析，幫助工程技術(shù)人員更加全面、真實(shí)地把握結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力變形情況，確保各種工況下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求，真正實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)生命周期全過程力學(xué)性能的評估。現(xiàn)在的鋼結(jié)構(gòu)施工方法，缺乏較有針對性的異形超大懸挑鋼桁架安裝技術(shù)，且作業(yè)效率低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0003]中國專利申請201410124699.2涉及鋼結(jié)構(gòu)整體建筑施工領(lǐng)域，具體為一種大跨度異形空間網(wǎng)格管桁架整體滑移施工方法；其特征是:包括下述步驟；步驟1、確定桁架搭建場地；步驟2、在基坑內(nèi)搭設(shè)棧橋式貝雷架，在基坑外鋪設(shè)混凝土條形基礎(chǔ)；步驟3、鋪設(shè)四條平行的軌道；步驟4、設(shè)置拼裝支撐架和滑移支撐架；步驟5、利用吊車將桁架搭建；步驟6、對搭建完畢的桁架進(jìn)行豎向、水平的卸載作業(yè)；步驟7、將各滑移支撐架與頂推器連接；步驟8、各頂推器之間設(shè)置同步控制裝置；步驟9、啟動(dòng)頂推器，使滑移支撐架同步滑移至目標(biāo)位置；步驟10、拆卸滑移支撐架并進(jìn)行桁架支座安裝。
[0004]中國專利申請201410124699.2提供了一種異形鋼管桁架結(jié)構(gòu)組立焊接工裝，其特征在于:該工裝包括按曲面載值設(shè)置的多個(gè)高位操作柱、與高位操作柱對稱設(shè)置的低位操作柱以及連接在高位操作柱和低位操作柱之間的支撐桿組件。本發(fā)明的有益效果:1.按單榀桁架圖，在找平后按1:1比例分段放樣，在鋼板平臺上劃線，收集該榀桁架腹桿、弦桿；2.在鋼板平臺上制作剛性胎架，架立弦桿，分段點(diǎn)焊腹桿兩部固定弦桿，進(jìn)行桁架的組立。用胎架保證單棉!析架的跨度、弦尚等空間尺寸；3.施焊，完成析架焊接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種過程監(jiān)控施工下的異形超大懸挑鋼桁架安裝方法，具有鋼結(jié)構(gòu)變形小、安全可靠、施工作業(yè)效率高的特點(diǎn)，解決異形鋼管桁架加工制造不方便的問題。
[0006]本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn):首先，以計(jì)算機(jī)建模分析為基礎(chǔ)，對桁架安裝和卸載過程中結(jié)構(gòu)的控制性工況狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析，給出安裝和卸載時(shí)的結(jié)構(gòu)位移、構(gòu)件內(nèi)力應(yīng)力、支撐和約束條件的目標(biāo)值，并對各安裝步驟和卸載步驟需要滿足的條件和注意事項(xiàng)預(yù)見性地給出相應(yīng)的要求和指導(dǎo)；其次，在桁架安裝和卸載過程中以監(jiān)測、監(jiān)控為手段，進(jìn)行施工階段性的結(jié)構(gòu)位移、應(yīng)力、變形的實(shí)時(shí)監(jiān)測值和模擬值對比；當(dāng)對比值結(jié)果出現(xiàn)較大偏差時(shí)，需分析原因，必要時(shí)進(jìn)行矯正或糾偏，以確保后續(xù)步驟順利及最終成型符合設(shè)計(jì)要求；安裝方法流程步驟順序?yàn)?建立鋼結(jié)構(gòu)桁架深化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析模型，鋼桁架構(gòu)件制作和預(yù)拼裝，制作和預(yù)拼裝過程監(jiān)控，鋼桁架現(xiàn)場分段安裝，鋼桁架安裝過程監(jiān)控，鋼桁架卸載施工，鋼桁架卸載過程監(jiān)控，鋼桁架安裝完畢后期分階段加荷成型監(jiān)控，鋼桁架結(jié)構(gòu)驗(yàn)收。
[0007]尤其是，具體流程包括:
[0008]①建立鋼桁架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析模型；
[0009]建立鋼桁架結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)模型；通過分析深化設(shè)計(jì)模型，指導(dǎo)工廠的數(shù)控下料、構(gòu)件組裝、焊接成型、預(yù)拼裝等工序；確定鋼桁架制作和安裝方案；建立鋼桁架結(jié)構(gòu)仿真分析模型，模擬各種工況，分析在不同工況下全過程中桁架的受力狀態(tài)和變形狀態(tài)，對受力不利和變形較大的部位進(jìn)行全天重點(diǎn)監(jiān)控；
[0010]②鋼桁架構(gòu)件制作和預(yù)拼裝；
[0011]根據(jù)數(shù)控下料情況進(jìn)行鋼桁架構(gòu)件制作，鋼桁架構(gòu)件應(yīng)在工廠內(nèi)將整個(gè)鋼桁架分段進(jìn)行預(yù)拼裝；
[0012]③對鋼桁架構(gòu)件制作和預(yù)拼裝過程監(jiān)控；
[0013]在制作過程中應(yīng)對成型的構(gòu)件焊縫進(jìn)行全超探檢查；對鋼桁架構(gòu)件制作和預(yù)拼裝過程采用全站儀進(jìn)行監(jiān)控。將監(jiān)控值與設(shè)計(jì)和分析值進(jìn)行對比，隨時(shí)對預(yù)拼裝結(jié)果進(jìn)行修正，對應(yīng)力和變形較大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測和拍X片檢查；
[0014]④鋼桁架現(xiàn)場分段安裝；通過仿真模擬對安裝步驟和順序進(jìn)行優(yōu)化比選，依據(jù)分析結(jié)果對方案進(jìn)行調(diào)整，最后確定安裝步驟和順序，確保桁架在現(xiàn)場拼裝的每一步為結(jié)構(gòu)不變體系；現(xiàn)場安裝鋼桁架構(gòu)件，對預(yù)拼裝的構(gòu)件進(jìn)行預(yù)檢和復(fù)檢，預(yù)拼裝的構(gòu)件在鋼結(jié)構(gòu)加工廠質(zhì)檢部門預(yù)檢的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場安裝項(xiàng)目部要進(jìn)廠對制造質(zhì)量進(jìn)行復(fù)檢，合格后方可出廠，不允許不合格構(gòu)件進(jìn)入安裝現(xiàn)場；對桁架支座的連接點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測；搭設(shè)桁架局部承重支撐體系，支撐體系的位置、大小和數(shù)量應(yīng)通過工況模擬計(jì)算確定，并根據(jù)受力情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和搭設(shè)；吊裝桁架構(gòu)件，每榀桁架的安裝順序應(yīng)嚴(yán)格按照計(jì)算機(jī)模擬分析的過程進(jìn)行安裝，以數(shù)控中心為例:先安裝下弦，焊接成整體后，再安裝腹桿，只進(jìn)行連接處螺栓的初擰，接下來再安裝上弦，校正好腹桿和上弦后，最后進(jìn)行焊接，即從下往上安裝；整個(gè)懸挑鋼桁架的安裝順序則是從與內(nèi)部結(jié)構(gòu)連接的固定端向懸挑部分延伸安裝；在吊裝過程中為了保證施工安全，懸挑鋼桁架構(gòu)件在延伸的過程中與內(nèi)部結(jié)構(gòu)可連接時(shí)，應(yīng)立即連接，尤其是剛性連接節(jié)點(diǎn)，在校正好后，優(yōu)先焊接牢固，使其形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；桁架的自重均作用在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，而不是承重支撐體系上；如此盡量利用原有的結(jié)構(gòu)來承載，減小臨時(shí)支撐的負(fù)載；吊裝完畢后進(jìn)行初檢，并進(jìn)行垂直度、軸線、標(biāo)高的調(diào)整；桁架進(jìn)行下一榀構(gòu)件的安裝，直至所有構(gòu)件吊裝完畢；
[0015]⑤鋼桁架安裝過程監(jiān)控；在鋼桁架現(xiàn)場安裝過程中，隨著分階段安裝的實(shí)施，應(yīng)在構(gòu)件上設(shè)置應(yīng)力和變形監(jiān)測點(diǎn)，這些監(jiān)測點(diǎn)分別通過應(yīng)變傳感器和位移傳感器的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力和變形的監(jiān)測；
[0016]監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置要求:應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特征來布置監(jiān)測點(diǎn)，測量部位主要集中于鋼桁架的弦桿等內(nèi)力較大的截面，要嚴(yán)格按照能夠體現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力與方向的實(shí)際情況來布設(shè)，從而能夠真實(shí)準(zhǔn)確的反映構(gòu)件的工作狀態(tài)；變形監(jiān)測點(diǎn)的設(shè)置要有合理的密度，應(yīng)能反映結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)和幾何變形情況，并易于布設(shè)，施測方便，以滿足施工監(jiān)測精度高，速度快的要求。
[0017]傳感器的布設(shè)操作要求:傳感器安裝時(shí)，先在鋼結(jié)構(gòu)表面放線，確定傳感器安裝位置，然后在安裝位置的鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行打磨，打磨范圍約為50mmX 150mm大??；將應(yīng)變計(jì)自帶的基座拆下，裝入安裝模板；通過點(diǎn)焊基座的方式，將安裝模板焊接在鋼結(jié)構(gòu)表面，形成螺栓，點(diǎn)焊位置及安裝模板；將安裝模板取下，將應(yīng)變計(jì)裝入冷卻后的基座內(nèi)，兩邊帶上M6的螺母，先擰緊沒有調(diào)節(jié)螺母的一側(cè)基座，再擰緊時(shí)為防止被擰緊螺母帶動(dòng)應(yīng)變計(jì)，導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)扭曲，應(yīng)在擰緊螺母的同時(shí)用手扶著左側(cè)的端座施加反力；測量應(yīng)變計(jì)讀數(shù)，調(diào)整調(diào)節(jié)螺母；將應(yīng)變值調(diào)整在1500 μ ε左右，若結(jié)構(gòu)體受力變形較大，受壓應(yīng)變值應(yīng)調(diào)至2800 μ ε左右，再擰緊另一側(cè)基座，擰緊時(shí)為防止被擰緊的螺母帶動(dòng)應(yīng)變計(jì)，導(dǎo)致應(yīng)變計(jì)扭曲，應(yīng)在擰緊螺母的同時(shí)用手扶著另一側(cè)的端座施加反力；最后將應(yīng)變計(jì)上的調(diào)節(jié)螺母完全旋松，用小鐵錘輕擊兩端，防止螺母虛假鎖死；測量應(yīng)變值應(yīng)能穩(wěn)定、否則要重新安裝；安裝好傳感器后，將傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線綁扎在鋼構(gòu)件表面，引至方便到達(dá)和測量的地點(diǎn)；到達(dá)指定的工況時(shí)用便攜式數(shù)據(jù)采集箱采集數(shù)據(jù)；對鋼桁架分段安裝過程逐步成型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力和變形的過程監(jiān)測，并進(jìn)行分析，反饋調(diào)整現(xiàn)場安裝工作。
[0018]⑥鋼桁架卸載施工；通過計(jì)算機(jī)仿真模擬計(jì)算分析，對卸載步驟和順序進(jìn)行優(yōu)化比選，確定最優(yōu)卸載方案。在卸載之前對結(jié)構(gòu)進(jìn)行一次系統(tǒng)全面的應(yīng)力和變形的監(jiān)測。為能夠進(jìn)一步了解承重結(jié)構(gòu)的變化情況，在卸載前一天進(jìn)行預(yù)卸載，千斤頂行程為5mm，預(yù)卸載完畢后對卸載部位承重架的變化情況、千斤頂?shù)南陆蹈叨取⒔Y(jié)構(gòu)焊縫的質(zhì)量情況及桁架撓度的變化情況進(jìn)行一次全面的檢查；各項(xiàng)檢查合格無誤后，才可進(jìn)行正式卸載。正式卸載，采用同步等距循環(huán)卸載，操作步驟為:完成所有卸載千斤頂?shù)牡孛嬖噳汉透呖招遁d點(diǎn)的布置；卸載千斤頂對主結(jié)構(gòu)下弦桿對應(yīng)位置的頂緊，同時(shí)完成結(jié)構(gòu)整體外形的測量驗(yàn)收工作；將原安裝支撐點(diǎn)移去每次卸載量相