整理单层网壳结构高空斜轨累积滑移施工工法图表丰富文档格式.docx
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高空斜轨累积滑移施工技术总体工艺流程图见图5.1-1。
5.2操作要点
5.2.1滑移单元的设计
滑移单元根据工程设计的结构特点和结构滑移方式合理划分滑移单元,滑移单元的合理划分对滑移时结构的稳定性、累积滑移能否顺利施工起着至关重要的作用。
划分滑移单元的原则主要有:
滑移单元必须是自稳定的结构体或通过加固和架设临时支撑形成稳定的滑移单元,滑移就位后将临时支撑拆除。
牵引设备有足够的牵引能力。
5.2.2拼装胎架设计与施工技术
结构施工的过程是由局部到整体的过程,结构未成型之前尚不能完全靠自
身承载或保持稳定,因此无论混凝土结构、钢结构或组合结构在其建造过程中总是需要支撑。
拼装胎架指在钢结构安装过程中支撑临时结构体系、保持结构稳定直至其拆除后结构成型的支撑系统。
由于拼装胎架贯穿钢结构施工安装全过程,这期间胎架与结构是作为一个临时整体共同作用,故需要有较高的刚度、承载力和稳定性。
施工完毕后卸载阶段是由临时施工体系向结构设计体系转换的过程,故需要拼装胎架有较好的可调控性。
单层网壳钢结构一般工程体量大,拼装胎架系统用量大,胎架系统的选型及其经济性是一项重要指标。
图5.2.2-1拼装胎架施工流程图
1、施工工艺
拼装胎架的工艺流程如图5.2.2-1所示。
2、施工准备
1)施工前应按照拼装胎架设计与搭设方案中的有关要求,向搭设和使用人员进行技术交底。
2)按照标准要求对材料等进行检查验收,不合格产品不得使用;
经检查合格的材料应按品种、规格分类,堆放整齐平稳,堆放场地不得有积水。
3)对经纬仪、电焊机等机械设备进行检查、试运行,以保证施工的正常进行。
4)对拼装场地进行清理,清除搭设场地内的杂物,平整搭设场地,并使排水畅通。
5)检查场地内的安全防护措施,确保安全第一、预防为主的原则。
3、设计与计算
拼装胎架的设计原则如下:
1)拼装胎架的水平位置及标高的控制点通过轴线及节点来控制的,但根据施工的具体要求,胎架设置应避开节点位置,满足焊工的施焊空间。
2)胎架必须保证有足够的刚度和稳定性,且必须保证胎架上口水平度,另外为了便于网壳的滑移就位,网壳定位块的位置须避免与网壳滑移时碰撞。
3)在组装平台上划出构件端面定位线、中心线及分段长度位置线,作为网壳拼装单元验收的依据。
4)网壳结构的预起拱是由胎架的实际尺寸来决定的,在设置胎架时胎架的尺寸必须考虑预起拱的具体数值。
由于拼装胎架的重要性,需对其进行详细的验算。
设计时应对其单肢稳定、整体稳定进行验算,并估算其沉降量。
沉降量不宜过大,并应采取措施,能在施工中可随时进行调整。
胎架的设置位置根据杆件的分段位置确定,保证每段杆件有2~3个支撑点。
4、施工方法
1)定位放线
现场拼装胎架设置前,将土建结构的高程控制网、轴线控制网引测到可以用于钢结构测量施工的位置,并注意保护。
按照控制轴线将纵向杆件中心线放到楼板上,来确定胎架立柱的位置,注意拼装胎架的方正。
保证拼装胎架的位置线要和埋件、滑移轨道的控制线相吻合,以保证滑移单元的顺利滑移及安装。
2)胎架支墩的安装
根据定位放线结果,在要搭设胎架的作业面上以十字线标注出胎架立柱的位置,并根据立柱的位置安装立柱支墩。
胎架的支撑立柱采用工字钢或钢管,为了增强立柱的稳定性在每个胎架立柱的底部设置了支墩以增大受力面积,支墩的示意图如图5.2.2-2所示。
为保证支墩位置的固定,设置的支墩均采用角钢相互连接。
3)胎架立柱的安装
在固定好的支墩表面上划出滑移单元拼装时方管的中心线,然后将胎架的立柱固定在支墩的十字交叉部位。
胎架立柱侧向间用∟75×
5角钢和∟50×
5的角钢连接,立柱顶部用厚度为16mm的钢板封头,拼装胎架立面图如图5.2.2-3所示。
图5.2.2-3拼装胎架立面图
深化设计阶段,对在恒载作用下网壳结构的最大变形进行整体分析验算;
同时对施工阶段在结构自重作用下网壳的最大变形进行计算。
因此在施工过程中,对网壳进行预起拱。
预起拱示意图如图5.2.2-4所示。
4)胎架立板、刀板的安装
为使滑移单元拼装完成后顺利卸载、脱胎,须在立柱上端安装可以调控的支撑。
即在立柱封头板上立一块立板,再在立板上连接一块开有长圆孔的刀板,长圆孔里穿两条螺栓。
拼装时将刀板的高度调整好后,拧紧螺栓,并在刀板下点一块挡板,胎架制作时须考虑预起拱高度。
见图5.2.2-5。
卸载时将挡板敲掉即可脱胎,须保证卸载后胎架与方管之间留出100mm以上的间隙,以便于擦窗机轨道可以在网壳结构滑移之前完成与结构本身的焊接连接。
根据不同的位置在纵向杆件调整基本到位后,将刀板与立板的连接螺栓连上,准确调整纵向杆件的角度和高度后把螺栓拔紧,并在刀板的下部点上一个挡块。
每次拼装胎架制作完成后,按照胎架图的尺寸进行报验,合格后开始进行拼装。
5)刀板的卸除
滑移单元拼装完成后,卸除刀板,使滑移单元脱离拼装胎架以进行与上一滑移单元的对接。
卸载时将下部挡板打掉,松掉螺栓,刀板即可与网壳脱离。
见图5.2.2-6。
滑移单元卸载后进行纵向杆件上的擦窗机轨道的安装,为防止焊接过程纵向杆件受热变化,引起整个网壳的受力和尺寸变化。
根据擦窗机轨道设计方案,擦窗机轨道与纵向杆件采用间断焊连接,间断1000mm,焊接50mm长。
擦窗机轨道与网壳结构关系见图5.2.2-7所示。
6)刀板的重新校正、安装
安装单元滑移完成后,在下一滑移单元的安装前,进行刀板的重新安装、
标高校正及验收。
7)拼装胎架的拆除
圆柱面单层网壳钢结构顺利滑移完成后,即可开始拼装胎架的拆除。
拆除掉的材料分类码放整齐,做好材料的周转利用。
5.2.3斜轨滑移系统设计与施工技术
累积滑移法的滑移系统包括滑轨、滑移牵引装置、滑移构造系统和导向轮。
滑轨的形式多样,可以根据滑移中的摩擦方式、结构体型选择。
本工法滑移轨道采用斜向轨道设计,可以较好地抵消了圆柱面单层网壳结构由于自重产生的拱角推力,控制滑移单元的结构稳定性。
斜轨滑移系统经过工况分析计算和施工实践证明,可以确保成功完成滑移。
斜轨滑移系统设计与施工的工艺流程见图5.2.3-1。
1)施工前应按斜轨滑移系统设计方案中的技术要求,向安装和使用人员进行技术交底。
2)按照标准要求对滑移系统的材料和设备进行检查,并通过监理验收。
经检查验收合格后的材料、设备分类码放,堆放场地不得有积水。
3)对经纬仪、电焊机等进行检查、试运行,以保证施工的正常进行。
4)对安装场地进行清理,清除搭设场地内的杂物,平整安装场地,并使排水畅通。
6)滑移系统安装前搭设符合安全要求的操作平台,并进行相关部门验收后方可使用。
7)对已完成支座埋件轴线位置,中心偏移、标高和水平度,预留孔中心偏移等进行认真核查。
8)滑移轨道安装前,清除预埋件上的焊渣和飞溅物,以及杂物。
3、设计与计算
两边支撑的单层圆柱面网壳滑移时的结构稳定性必须通过计算才能对轨道进行安装。
滑移轨道的验算内容包括强度、刚度及挠度,挠度过大会导致附加阻力和摩阻力的增加,严重时会使滑移卡住,或者会使滑移中发生“跳动”现象。
1)工况分析
采用通用有限元分析软件ANSYS进行结构的施工工况分析,并根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《网壳结构技术规程》(JGJ61-2003)对构件的稳定性进行验算。
网壳滑移时,假定滑轨对网壳支座在Y和Z向有约束,即网壳在Y向和Z向没有位移。
但实际情况柱和梁对滑轨只能提供弹性刚度,所以,每种工况考虑两种支座情况,一种情况是支座刚度无穷大;
另一种情况是支座刚度按弹性支座。
2)构件强度及稳定性计算
按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《壳体结构技术规程》(JGJ61-2003)对不同截面及不同长度的构件进行强度和稳定性校核。
3)结构位移
在正常使用阶段,结构在各种不利荷载组合作用下主要包括:
最大X向位移、最大Y向位移、最大Z向位移。
保证最大位移值<
跨度/1000,挠度满足规范要求。
4)滑移轨道验算
经过施工工况计算得出支座对轨道的最大压力设计值F。
由于滑移时为动荷载,所以Fp=1.4×
F。
荷载作用示意见图5.2.3-2。
滑移轨道选用□400×
200×
10,轨道支座间距取2m。
轨道的力学参数为:
A=11300mm2,Ix=23003cm4,Wx=1150cm3,Iy=7864cm4,Wy=786cm3,Wt=1486cm3。
按4跨连续梁进行计算,考虑到Fp可能对滑移轨道有一定的偏心,转角偏心值取10º
,平面偏心值取20mm(根据施工工艺确定)。
经计算,轨道梁的整体稳定和局部稳定满足《钢结构设计规范》(GB50017-2003)要求。
5)牵引设备验算
滑移的牵引方式有“推”、“拉”和“牵引”3种类型。
牵引法常见的牵引设备有卷扬机、液压穿心千斤顶、手拉葫芦等。
本工法采用牵引法进行高空斜轨累积滑移施工。
在实际牵引时,由于牵引的不同步会引起牵引力的不均,因此每台设备的牵引能力要比理论值稍大,应保留30%-40%的余量。
1)斜向滑移轨道的安装
圆柱面单层网壳结构滑移轨道采用□420×
10×
10和□300×
10的钢梁,用槽钢将轨道与网壳桁架方管连接,轨道的上面垫两块16mm厚钢板,并把两根槽钢用一块16mm厚钢板连接一体。
图5.2.3-3滑移轨道设置详图
按照轨道断开的位置,固定支座处用□300×
10,其他位置用□420×
10,用塔吊将轨道安装到位,安装时施工人员站在操作平台上对滑移梁定位焊接。
安装轨道前先复测轨道方管的直线度,如有不平整在未安装前进行调整,且轨道上以及轨道的对接口留有焊疤和其他突起物必须在安装前打磨平整,以减小滑移过程的摩擦力。
安装斜向滑移轨道过程中,用线绳来控制好轨道的直线度,用水准仪来控制轨道水平度,且每安装一段复查一次。
如图5.2.3-4所示。
在两个埋件中间的2100mm空档,用∟100×
8角钢将轨道的腾空位置与埋件连接,作为轨道的支撑,防止构件滑移到此轨道的变形。
如图5.2.3-5所示。
滑移支座采用钢板焊接而成,滑移支座斜向滑移轨道采用衬不锈钢板和聚四氟乙烯板作为滑移垫,并在斜轨表面均匀涂抹一定厚度的黄油作为润滑剂。
聚四氟乙烯的摩擦系数约为0.04-0.05,可以有效降低滑移时的摩擦力,降低滑移过程中的卡轨、跳动现象。
2)滑移牵引装置的安装
经过设计验算,两边支撑的单层圆柱面网壳结构累积滑移牵引选用2台液压千斤顶,在两侧的滑轨上分别设置一台,设置在轨道所在轴线的延长线上,并分别设置两个固定千斤顶的埋件,具体如图5.2.3-7、5.2.3-8所示。
液压千斤顶设置在两块埋件中间,液压千斤顶的钢绞线从埋件穿出后用钢丝绳与构件上的吊耳连接起来,另一端从埋件穿出自用状态放到楼板上,严禁折弯。
滑移时一边控制液压千斤顶,同时观察滑移单元的移动情况。
吊耳设置在轨道轴线上的端柱上,吊耳的设置如图5.2.3-9所示。
3)牵引钢绞线的选用
滑移轨道长度为网壳结构纵向长度及最大拼装单元长度之和。
网壳屋盖总重量按照N吨计算,滑动摩擦系数取0.15(摩擦表面涂润滑油),荷载不均匀系数取1.2,动荷载系数取1.5,拱角推力按2.5倍自重计算,则:
单侧牵引最大工作荷载为:
N×
1.2×
1.5×
0.15×
2.5/2吨。
液压牵引单侧采用直径为Φ15.2mm,强度等级为1860MPa的低松弛钢绞线,单根钢绞线的极限破断力为260KN,选择足够根数的钢绞线以满足工程的施工需要。
5.2.4滑移单元拼装施工技术
1、工艺流程
滑移单元拼装施工流程如图5.2.4-1所示。
1)焊工经考试合格并取得合格证书,持证焊工必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。
2)施工单位对其首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等,应进行焊接工艺评定,并应根据评定报告确定焊接工艺。
3)采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准,性能优良。
清渣、气刨、焊条保温等装置应齐全有效。
4)焊丝包装应完好,如有破损而导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。
5)CO2气体纯度应不低于99.9%,含水量应低于0.005%,瓶内高压低于1MPa时应停止使用;
焊接前要先检查气体压力表的指示,然后检视并调节气体流量(20~80L/min)。
6)焊机电压应正常,地线压紧牢固,接触可靠,电缆及焊丝无破损,送丝机应能均匀送丝,气管应无漏气或堵塞。
3、施工方法
1)杆件拼装
所有要进行组装的构件,进场后经专职检验员检验合格后,报监理单位验收合格后才可进行组装。
(1)按照方案要求,现场整体拼装的顺序是,先吊装网壳主方管用定位块定位,保证中心线、角度、以及端面垂直度,然后安装斜腹杆方管。
纵向杆件拼装见图5.2.4-2所示。
(2)先装滑移单元中间处斜腹杆杆件,然后向两边扩展,安装时应注意对称,斜腹杆的安装见图5.2.4-3所示。
(3)组装中所有杆件按照施工图控制尺寸,各杆件的力线应汇交于节点中心。
网壳每榀滑移单元的纵向杆件单根支撑点不应少于2个。
(4)组装纵向构件控制好基准线、中心线,并与拼装胎架的基准线相一致。
(5)在胎架上组装全过程中,一般不得对构件进行修正,切割或捶击等;
(6)分段开口处应设置临时支撑封闭,防止变形,见图5.2.4-4所示。
(7)杆件节点空间坐标调整时先用激光经纬仪辅以钢卷尺调整并固定平面投影坐标位置,然后用水准仪按坐标高低控制调整各控制节点的高差,然后用划线、定位模板、及相贯面确定节点位置,如此反复调整每个控制节点至准确后,再进行点焊固定,待点焊定位节点复核正确后即可正式施焊。
调整节点坐标时,应考虑焊接变形的影响。
2)现场焊接
(1)焊接方式
对首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法、焊后热处理等,应进行焊接工艺评定,并应根据评定报告来确定焊接工艺。
现场焊接主要采用以下两种焊接方式:
手工电弧焊,用于点焊固定,部分杆件打底焊接,支座板与预埋件焊接及其他部位的焊接;
二氧化碳气体保护焊,用于杆件现场拼装焊接,胎架结构焊接等。
焊条、焊丝、焊剂、电渣焊熔嘴等到焊接材料与母材的匹配应符合设计要求及国家行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定。
焊条、焊剂、药芯焊丝、熔嘴等在使用前,应按其产品说明书及焊接工艺文件的规定进行烘焙和存放。
(2)焊接要求
焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量,坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化皮等应清除干净。
装焊垫板,其表面清洁程度要求与坡口表面相同,垫板与母材应贴紧。
焊接:
第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板之连接处,然后逐道逐层累焊至填满坡口,每道焊缝焊完后,都必须清除焊渣及飞溅物,出现焊接缺陷应及时磨去并修补。
碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金钢应在焊后24h以后,进行超声波检测。
3)卸载、脱胎
圆柱面单层网壳结构的每榀滑移单元拼装焊接完成后,进行滑移单元的卸载与脱胎,卸载通过卸除刀板的可调螺栓来实现。
卸载会造成圆柱面单层网壳结构每榀滑移单元的杆件内力重分配,如果次序不合理会导致滑移单元体的失稳。
滑移单元卸载的原则如下:
(1)拼装胎架处于安全状态,保证不会发生整体失稳;
(2)在卸载完成后,永久结构的残余内力最小;
(3)滑移单元体变形的比例协调;
(4)在满足上述条件的基础上,步骤次数尽可能少、每步幅度尽可能大。
单层网壳结构滑移单元体采用分步对称卸载的技术进行每榀滑移单元体的卸载,即先从拼装胎架的最高点开始卸除刀板,观察单元体的变形情况,然后对称向低点卸载,最后完成每榀单元体的完全卸载。
每步卸载后,应测量卸载点的标高,以确保下一步卸载的调整值;
随时观察单元体矢高的变化情况及单元体对滑移轨道的影响,控制矢高的下降不能超过预起拱高度。
4)对接、合拢
根据单层网壳结构滑移单元的划分,进行两榀滑移单元体的对接。
由于钢结构的加工温度、拼装温度与安装温度也会存在一定程度的差别,加工和拼装过程中考虑温度变形预留值,操作难度较大。
另外,在合拢段的安装过程中,合拢段的安装质量和合拢口的间隙大小往往还受构件加工质量和现场拼装质量的影响和制约,从而造成局部合拢口的对口和间隙不能达到预定的效果。
合拢段的安装质量不仅影响结构安装过程中的安全,而且影响最终的合拢和结构的总体施工质量及结构使用过程中的安全,因此,必须采取合理的安装工艺措施,确保合拢段与相关构件的安装及结构的顺利合拢。
(1)为控制合拢时合拢口的间隙大小,减少合拢口的焊接量和焊接残余应力,确保合拢口的焊接质量,在进行滑移单元的安装时,要尽量控制合拢口的间隙大小,该间隙大小要考虑温度变形计算结果,如达不到预定的要求,可调整合拢段先焊一端的坡口间隙。
(2)为确保合拢施工过程中的安全,滑移单元安装就位后,除合拢口不进行焊接连接外,其它接口部位均需及时焊接完毕,以增强结构的整体稳定性。
(3)为确保合拢口在施工过程中因温度变化而自由伸缩,合拢口采用卡马搭接连接,卡马的大小和数量需根据该接口部位的受力计算确定。
此受力计算不但要考虑合拢段安装过程中搭接受力要求,而且要考虑合拢过程中合拢口的受力要求。
在滑移单元安装过程中,要定时进行合拢口的跟踪检查工作,一是检查卡马的连接焊缝和变形情况,确保卡马的安全;
二是检查合拢口的间隙情况。
5)拼装技术要求
(1)焊接要求
拼装时存在大量的焊接工作,若焊接操作控制不当容易造成较大焊接拼装变形。
因此必须制定合理的焊接方案。
焊接组装时应先进行点焊,全部组装好点焊固定后,经检查合格后再进行正式的焊接。
同时组装点焊时应考虑焊接的变形采取适当地反焊接变形来消除焊接的变形。
正式焊接时从网壳结构滑移单元体主杆件的中间向两边进行焊接,并采用双数的焊工对称焊接。
(2)拼装变形的控制
下料、装配时,根据制造工艺要求,预留焊接收缩余量,预制焊接反变形;
装配前,矫正每一构件的变形,保证装配符合装配公差表的要求;
在同一构件上焊接时,应尽可能采用热量分散,严格控制层间温度,对称分布的方式施焊;
现场拼装时在对接缝上留出2mm的收缩量,保证焊后网壳的外形尺寸满足设计要求。
6)拼装测量
为保证网壳安装精度以及检验达到规程要求的精度要求,所以必须进行细致的拼装测量,从而保证安装就位的正确、快捷。
拼装测量包括焊前测量、焊后测量及脱胎后测量。
5.2.5累积滑移同步控制技术
单层网壳结构高空斜轨累积滑移法施工时,一般是进行多点牵引,各牵引点要达到完全同步是不现实的,牵引的不同步引起的施工附加应力一般都会对结构产生不良影响,不同步值过大时,会使滑移单元偏位过大而无法就位,严重时会导致卡轨而无法滑移,甚至产生过大的附加施工内力引起结构的破坏。
因此滑移施工中牵引同步控制是一个非常重要的施工控制指标。
1、累积滑移同步控制措施
1)计算机智能同步控制:
为了实现整体滑移系统的自适应控制和运行自动化,采用上海同新机电控制有限公司研制的计算机控制液压同步提升系统,本系统同时控制数台液压千斤顶的油路和行程,可以在操作界面上很方便地观测出累积滑移时不同步的差值。
见图5.2.5-1。
2)标尺、对讲机辅助控制:
在滑轨的两侧标出尺寸,且保证两侧的钢卷尺零读数一致。
滑移过程中两侧操作人员用对讲机随时报告滑移距离的准确数值进行同步控制,多条轨道上同时向控制总台报数,如不同步值超出限值50mm,即可作相应的停滑处理。
见图5.2.5-2。
滑移单元拼装对接完成后,经过系统的、全面的检查无误后,现场安装总指挥检查并发令后,进行正式进行高空斜轨累积滑移作业。
在滑移过程中应密切注意滑移轨道、液压牵引器、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,并认真做好记录工作。
网壳滑移过程中,两端的不同步值不应大于50mm,滑移速度控制为6-10m/h。
2、累积滑移同步控制应急措施
1)临时拉结措施
一般情况下,滑移轨道大都设置为水平轨道,滑移过程中的施工验算比较简单,轨道大多只承受竖向荷载。
斜向滑移轨道的设置与常规滑移轨道设置存在较大的不同。
为保证滑移施工过程能够顺利进行,及便于卡轨时能够采取有效的处理措施,在滑移过程中在每个支座位置设置临时拉结装置。
根据结构分析,在支座考虑为全钢性的情况下,计算出每个支座能够产生的水平推力。
设置的临时拉结装置,见图5.2.5-3。
拉结装置中采用两根强度等级为1860MPa,直径为15.24mm的低松弛预应力钢绞线,两根这样的钢绞线可以承受的极限破断力为52吨。
受拼装胎架的限制,拉索的安装无法在滑移之前安装,只能是在滑移单元每滑出拼装平台一个滑移单元宽度后安装支座间的临时拉索,安装后给每根拉索施加初始张拉力。
采取这样的临时拉结
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