大跨度桁架阶梯状卸载新技术

◎ 北京铁路局 张 钢

1、工程概况

北戴河车站位于秦皇岛市北戴河区北郊。东临戴河，南临205国道，西边接壤抚宁县，北戴河车站改造范围为东西咽喉范围之内，是连接北京与秦皇岛之间的中心枢纽，是重要的交通要道。它是在既有站台雨棚全部拆除后，新建的大跨度钢结构无柱雨棚。北戴河站由新建站房、改扩建站台雨棚及改造延伸进站天桥组成。

2、支撑体系概况

为满足原雨棚桁架切割滑移改造，在桁架切割滑移前需按施工要求预先设计支撑架体，桁架滑移改造完后，对支撑架体进行卸载拆除。支撑架体见图2：

3、卸载的总体思路

根据北戴河火车站既有雨棚的结构特点，在结构伸缩缝处将雨棚桁架分成二个区域进行滑移。滑移完毕，并且主体结构安装完成后，需要对已形成的主结构进行整体卸载，卸载完成后再安装剩余的主檩条。支撑架的卸载拆除过程是一个结构体系转换的过程，结构变形及内力重新分配，支撑架的支点反力也都会随着卸载方案及卸载顺序不同而发生变化，为了保证结构及胎架在卸载过程中不发生破坏，必须选择合理的卸载顺序及方法进行卸载。

4、卸载的原则：

以结构计算分析为依据、以结构安全为宗旨、以变形协调为核心、以实时监控为手段，施工过程应严格遵循上述原则。

5、卸载的顺序

现场需要卸载的部位分为柱脚处卸载及支撑架顶部卸载，根据有关专家讨论意见，先卸载柱脚，然后卸载支撑架顶部，为确保结构在卸载过程中的稳定性，每榀桁架下的支撑架在卸载前该榀及相临的桁架应施工完毕，并经检查无漏焊等现象方可卸载。下面就支撑架顶部的卸载方案进行详细的阐述。

图1 北戴河火车站效果图

图2 支撑架搭设立面示意图

6、卸载分区

根据卸载的总体思路，本工程卸载分四个区，每区采用分批渐进的方式进行，先卸中间二个区，然后再卸东西二个区，逐跨阶梯状卸载，卸载分区见图4：

7、雨棚桁架滑移到位后的扰度值计算（施工阶段）

7.1 计算软件

根据本次分析的特点，选用大型有限元程序MIDAS GEN VER.780进行计算。

7.2 计算依据及计算荷载

本项目设计以中国规范、规程以及设计院提供的图纸为依据。在计算分析过程中，考虑了结构自重以及施工过程中所可能出现的荷载。

（1）结构自重：由软件自行考虑。

（2）恒荷载：屋面主檩条10.5KN/M 。

7.3 施加屋面恒载

屋面主檩条线荷载：10.5KN/M

7.5 计算结果

结构在1倍恒载下的扰度值如图6所示：

图3 主桁架立面示意图

图4 卸载分区示意图

图5 施加恒荷载

图6 桁架扰度值示意图（mm）

8、卸载步骤

根据以上数据分析，卸载后桁架最大扰度为42mm，为了减少两榀相邻桁架竖向位移差，以20mm支座位移为基准，进行桁架的卸载，即每榀桁架分二次卸载到位，具体卸载顺序如下：

卸载步骤：一：①轴线滑移端卸载20mm；①轴线固定端卸载20mm；

图7 桁架扰度示意图

②轴线滑移端卸载20mm； ②轴线固定端卸载20mm；

二：①轴线滑移端卸载完毕；①轴线固定段卸载完毕；

三：③轴线滑移端卸载20mm；③轴线固定端卸载20mm；

四：②轴线滑移端卸载完毕； ②轴线固定段卸载完毕；

五：重复以上步骤，进行后续桁架的卸载。

9、卸载的方法及措施

本工程卸载是通过切除桁架下的支撑架，使支撑架与桁架脱空来达到卸载的目的。结构卸载值为结构自重恒载对应下支撑点端部结构垂直位移，卸载分成4个区域进行，每个区域由6榀或7榀主桁架组成，每个区域采用分级卸载（10%、30%、60%）。

支撑架分级卸载时用气割将支撑架顶部设置的支撑H型横梁逐步切割，如此反复操作直至桁架下降至与支撑架脱空，完成卸载后撤除支撑架。在切割前应H型横梁上画上刻度，刻度单位为每格20mm。在每一次卸载切割时严格按照上述数据进行切割。

10、卸载过程计算

由于每一滑移单元的桁架及荷载基本相似，为便于计算选取6榀典型桁架进行卸载过程中的计算，卸载过程采用MADIS分析软件中的施工阶段进行模拟。

9.2 卸载过程桁架应力比计算

结论：通过以上计算分析，桁架在卸载过程中最大变形42mm，最大应力比为0.265远小于1，因此按照此方案进行卸载是安全、可靠的。

图8 第一步：桁架卸载前的状态

图9 第二步：1轴线支撑架滑移端卸载20mm

图10 第三步：1轴线支撑架固定端卸载20mm

图11 第四步：2轴线支撑架滑移端卸载20mm

图12 第五步：2轴线支撑架固定端卸载20mm

图13 第六步：1轴线支撑架卸载完毕

图14 第七步：3轴线支撑架卸载20mm

图15 第八步：2轴线支撑架卸载完毕

图16 第九步：4轴线支撑架卸载20mm

图17 第十步：3轴线支撑架卸载完毕

图18 第十一步：5轴线支撑架卸载20mm

图19 第十二步：4轴线支撑架卸载完毕

图20 第十三步：6轴线支撑架卸载20mm

图21 第十四步：5轴线支撑架卸载完毕

图22 第十五步：6轴线支撑架卸载完毕

11、卸载变形监测措施

根据“变形协调，卸载均衡”的原则，在卸载过程中应严格按照卸载顺序和步骤执行，同时，在卸载过程中因结构自重而发生下挠变形，所以卸载时应对桁架下挠变形有必要进行监测。

根据以往类似工程卸载监测经验，本项目卸载后的变形主要是结构在自重恒载作用下发生垂直下挠变形，因此，根据这种变形性质我们采取以下方式进行监测：

一、根据支撑架上事先划好的刻度，在卸载切割过程通过对支撑架的切割量，可以量出在支撑点的位置桁架下挠变形量，并根据近似线性比例关系初步判断桁架中部下挠量。

二、利用全站仪对桁架中部下挠度进行精确观测。

卸载前预先在桁架中部布控观测点，并测出卸载前的测量原始数据 ，在卸载时每完成一次级别的卸载步骤测量一次，直至卸载全部完成，对卸载全过程进行监测，实行信息化施工管理，并做好详细的记录，将最终测量数据整理后归档。

12、结语

近年来，随着国家或地区经济实力的增强，市民出行需求的提高，需要建造越来越多的大跨度的火车站房，才能满足目前的交通需求。

与常规大跨度桁架卸载技术相比，本论文的卸载方法有两个方面的优点：①节约卸载设备：常规桁架结构卸载方案需要同步卸载，即在每榀主桁架下方设置千斤顶，每榀主桁架等比卸载，这样投入的设备较多，同时很难做到每榀主桁架卸载的同步性。本次卸载采用阶梯状卸载方法能够做到逐榀卸载，主要配备相邻桁架的千斤顶即可，节约了大量的卸载设备。 ②节约了总体的施工工期：常规卸载方法支撑架必须全部同时拆除，影响了地面土建施工的进度。阶梯状卸载方法，可以将先卸载的桁架下方支撑架先行拆除，拆除支撑架部分的空间，可以进行土建的工作，对工程的总体工期而言，比较有利。