钢结构滑移施工计算及边界条件探讨

何文滔，冯玩豪，顾磊

（1.中建钢构有限公司，广州 510699；2.哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳518055）

钢结构滑移施工计算及边界条件探讨

何文滔1，冯玩豪1，顾磊2

（1.中建钢构有限公司，广州 510699；2.哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳518055）

介绍了滑移法施工计算所包括的滑移结构支点反力、滑移总动力、摩擦力、滑移轨道梁设计等计算；以某工程实例进行了滑移施工模拟分析，分析的工况包括启动阶段、正常滑移阶段、爬行器不同步阶段、制动阶段的分析；重点对比分析了滑移结构在7种不同边界约束条件下的结构响应。经过分析，给出了滑移施工模拟分析时如何设定边界条件的建议，可供类似滑移分析计算作参考。

滑移；施工模拟；分析方法；边界条件

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.003

1 引言

滑移法是指结构整体或分条的结构单元先在具备拼装条件的位置组装成型，再在预先设置的滑轨上滑移到设计位置拼接成整体的安装方法。滑移法施工很好地解决了大型吊装设备无法进入安装区域作业的难题。滑移安装与下部施工可以平行立体作业，大大加快了工期；此外,滑移法对起重设备、牵引设备要求不高，降低了起重机或卷扬机等级，而且只搭设局部的拼装支架，大大减少了搭设满堂脚手架的施工成本，为此滑移法具有很大的优越性，工程应用也相当广泛。

滑移单元的结构形式多样，自身强度和稳定性参差不齐，那么我们计算模型中单元边界条件应该如何考虑，不同的设置方法对滑移单元的受力影响有多大，为此本文对滑移施工的计算尤其是结构边界条件的假定进行了探讨。

2 滑移施工计算内容

滑移施工工艺中的滑移系统主要包括：拼装胎架、滑移轨道梁、轨道选型、滑移构造系统等。计算内容主要包括滑移结构支点反力、滑移总动力、摩擦力、滑移轨道梁设计等。

2.1 滑移结构重量计算

通过软件计算求得滑移结构的总重量Ge以及每个支座处的竖向力Gz，计算模型中需释放水平约束，只考虑自身的重力。

2.2 滑移总动力计算

根据滑移摩擦方式的不同可分为滑动摩擦和滚动摩擦，其启动总动力计算公式分别为[1]：

滑动摩擦 F=γkusGe；

式中,F为启动总动力；γ为动力增大系数，可取1.2～1.5；k为阻力系数，可取1.4；us为滑动摩擦系数，可取0.1～0.2；ur为滚动摩擦系数，可取0.05～0.1；Ge为滑移结构总重量；d为钢轨与钢轮间距，可取0.5mm；R为滚轮外半径；r为滚轴的外半径。

2.3 支座与轨道的摩擦力计算

由支座的竖向反力，按下述公式可求出结构与滑移轨道在接触部位的摩擦力。

滑动摩擦力P=kusGz

滑移分析时将摩擦力施加到滑移单元与滑轨的每一个接触部位，方向与滑行方向相反。

2.4 滑移轨道梁计算

滑移轨道梁是滑移施工中重要构件之一，主要根据滑移支点作用力及梁跨度大小进行刚度和强度验算。

2.5 计算工况分类

2.5.1 启动阶段

当滑移动力小于轨道对支座的摩擦力时滑移结构静止不动，当动力逐步增大到可以克服静摩擦力时,瞬时滑移结构会出现突然向前跳动的现象，产生一定的加速度，虽然这一加速度比较小，但也会对滑移结构产生一定的影响，特别是对较柔较重的滑移结构。正常的滑移速度一般不大于0.3m/min，考虑行程往返，实际滑移速度v约为2×0.3m/min，假定滑移启动时，在t（0.5s）内加速到2v，则惯性加速度为0.02m/s2。将此加速度施加在整体结构的上部，验算对结构应力和变形的影响。

2.5.2 正常滑移阶段

在正常滑移阶段，主要考虑顶推力及摩擦力对滑移结构的作用。

2.5.3 爬行器不同步

在结构滑移的过程中，有可能会因为爬行器失效或其他原因导致结构滑移不同步，由于滑移结构的平面刚度较小，因此需考虑滑移不同步对结构的影响。在计算中可考虑滑移不同步20mm。

2.5.4 制动阶段

在制动的过程中，由于滑移结构一般都行驶缓慢，制动时的滑行距离很短，一般不到1mm。

3 滑移结构边界条件探讨

3.1 滑移结构概述

为了更好地探讨不同的边界条件对滑移结构受力的影响，现以某大型工业厂房为例进行对比分析，如图1所示，该工程钢结构桁架设置在13.6m楼板以上，钢结构施工需待土建施工完成后移交作业面，在13.6m楼板上设置滑移导轨及支撑胎架，构件在地面采用汽车吊进行拼装，履带吊将拼装后的吊装至13.6m楼板支撑胎架上，进行组装，组装成三榀桁架后进行滑移，滑移根据桁架结构形式，设置低区滑移轨道和高区滑移轨道。

图1 计算案例整体模型

根据项目结构情况，本分析选取较有代表性的中间分段进行模拟分析，其余分段的分析与此类同，根据施工方案，本计算选用P2区F12、F15与F1-A、F1-S轴线间的结构进行滑移验算分析，如图2所示。该分段具体位置及分段形式如下，该框架总跨度为96m，其中数字为滑移支点编号。滑移计算模型中未把胎架及滑移梁建入模型，胎架及滑移梁另行计算。与轨道的摩擦系数取值0.2，采用midas/Gen对各滑移工况进行模拟分析。

为了更好地对比分析，支座设置情况对滑移结构的影响，本计算只考虑结构正常滑移过程中，不同的水平约束工况对滑移结构的影响,各支点反力如表1所示。

表1 滑移力计算表

图2 滑移单元及约束点示意图

3.2 边界工况分析

本文共考虑了7种边界约束工况，具体如下：

工况1：X向约束在前边，Y向约束在右边，即X向约束点在1,5,9,12,15,19;Y向约束点1,2,3,4。

工况2：X向约束在中部，Y向约束在左边，即X向约束点在3,7,10,13,17,21;Y向约束点1,2,3,4。

工况3：X向约束在后边，Y向约束在左边，即X向约束点在4,8,11,14,18,22;Y向约束点1,2,3,4。

工况4：X向约束在顶部，Y向约束在左边，即X向约束点在8228,8240;Y向约束点1,2,3,4。

工况5：Y向沿轨道加措施梁，X向约束在前边，Y向约束在右边，即X向约束点在1,5,9,12,15,19;Y向约束点1,2,3,4。

工况6：Y向沿轨道加措施梁，X向约束在后边，Y向约束在左边，即X向约束点在4,8,11,14,18,22;Y向约束点1,2,3,4，如图3所示。

工况7：在所有支点增加X、Y向水平弹性约束。

图3 加措施梁示意图

（通过在滑移单元钢柱下端增加措施梁，增强滑移单元整体性）

3.3 各工况响应汇总

限于篇幅，本文工况结果以表格形式表述。各工况下，滑移分段响应如表2所示。

表2 结构响应结果

4 结语

从滑移结构各边界约束工况的分析可知：

1）7种边界工况的整体应力及X、Y、Z向的位移都较为相近，数值差异不大，说明7种边界条件的设置方法对滑移结构的整体响应影响不大。

2）在没有沿轨道加措施梁的工况1～4中，工况3的局部构件应力为70.16MPa，与其他3种工况的应力相差较大，大于50%，工况3的X向约束点在4，8，11，14，18，22，这6个点是作为顶推力输入点，而此时把该点约束，顶推力传至支座，所以此时的力值会变小。

3）在沿轨道加措施梁的工况5、工况6中，两种工况的局部构件应力分别为-21.42MPa、-19.22MPa，两者相差不大，这是因为加措施梁后，滑移结构的整体性加强了，特别是楼层以下各柱的整体性。

4）在工况1～4和工况5～6中，局部构件应力相差很大，说明滑移结构整体性对构件应力影响很大，特别是与滑轨联系较为密切的构件，为此在对结构进行滑移前，应适当加强结构的整体性，以防止个别构件破坏。方式设置：第一种，各滑移支点均约束Z向位移，同时释放扭转；在最侧边轨道上的各滑移支点，可约束其垂直于滑移方向的水平位移；在垂直轨道方向，最侧边的滑移支点，可约束其滑移方向的水平位移。第二种，各滑移支点均约束Z向位移，同时释放扭转；各滑移支点均设置弹性很小的弹性水平约束。

【1】鲍广鉴，曾强，大跨度空间钢结构滑移施工技术[J].施工技术，2005,（10）：2-4.

Studyon SlidingConstructionCalculationandBoundaryConditions

HE Wen-tao1,FENGWan-hao1,GULei2
（1.ConstructionSteelStructureCo.Ltd.,Guangzhou 510699，China; 2.ShenzhenGraduateSchoolofHarbinInstituteof Technology,Shenzhen 518055，China）

Thispaperintroducescalculationmethodaboutslidingconstruction,includingstructurepivotforce,slipforce,friction,sliding trackbeamdesign;Takinganengineeringexampletocarryonthesimulationanalysisofslidingconstruction,analysisconditionsincludethe start-upphase,normalslipstage,climbinganalysisfordeviceisnotsynchronousphase,brakingstage;comparativeanalysisofslipstructurein 7 different kinds of boundary conditions are given,it has disccuss about how to set the boundary conditions for simulation analysis of slip construction,anditcanbeusedasreferenceforsimilarslipanalysis.

slip;constructionsimulation;analysismethod;boundarycondition

TU391;TU311.3

A

1007-9467（2016）06-0032-03

2016-01-04

何文滔（1982～），男，广东韶关人,工程师，从事钢结构设计与研究，（电子信箱）16732147@qq.com。