大跨度空间结构整体液压提升技术

李国明　蒋晓洪

（中国五冶集团有限公司　四川成都　610107）

1　前言

计算机控制液压同步提升技术是一项新颖的构件提升安装施工技术，它采用柔性钢绞线承重、提升油缸集群、计算机控制、液压同步提升新原理，结合现代化施工工艺，将成千上万吨的构件在地面拼装后，整体提升到预定位置安装就位，实现大吨位、大跨度、大面积的超大型构件超高空整体同步提升。

计算机控制液压同步提升技术的核心设备采用计算机控制，可以全自动完成同步升降、实现力和位移控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能，是集机、电、液、传感器、计算机和控制技术于一体的现代化先进施工设备。

2　工程概况

南充博物馆为大型综合性博物馆，共计四个核心筒，采用型钢混凝土结构，核心筒钢柱采用口400×400×50箱型钢骨柱，材质Q345B，钢骨柱外裹C40混凝土。

钢屋盖在-6.75m标高中风化泥岩上整体拼装，然后整体提升。桁架提升到设计标高位置后，连接桁架上、下弦及桁架腹杆等，待连体桁架结构形成受力体系后，再安装其它结构。提升时一次提升到位，提升高度约28m。桁架屋盖平面投影94.6m×99.4m，高度9.1m。该桁架提升总重7800t。

图1　施工实照

3　整体提升施工工艺

3.1　整体提升流程

地面拼装→液压提升系统安装→提升设备调试→提升150mm→结构及提升设备检查→结构整体同步提升。

3.2　提升点布置

桁架提升点布置在四个核心筒四周主桁架上弦杆，共布置32个提升点，每个提升点布置1台350t油缸。每个核心筒顶布置2台液压泵站，共计 8 台，流量为 80L/min（见图 2～4）。

3.3　提升点设计

提升上吊点设置于柱顶提升架上，下吊点设置于桁架上弦杆上，提升耳板对应桁架内部设置加筋板（见图5）。

提升架结构整体应力较小，最大变形为2.93mm。结构满足强度及变形要求。

图2　提升布置图

图3　液压泵站

图4　液压油缸

图5　提升上吊点效果图

提升架根部最大变形为0.98mm，对周围混凝土结构影响较小，结构满足强度及变形要求。

提升吊点结构整体应力较小，最大变形为1.66mm。结构满足强度及变形要求。

3.4　提升支架设计

利用核心筒顶部专业设计的钢结构提升架作为提升吊点提升屋盖主桁架。每个核心筒设置8个提升吊点，同时提升纵向和横向主桁架结构。提升桁架高度为3.5m，长度13m，两端各悬挑3m，主要由H型及箱型截面构成，材质Q345B（见图6和表1）。

3.5　加固桁架设计

加固的方式主要是在核心筒周围设置环向加固桁架，将断开的桁架连成整体，以保证提升过程结构的强度、稳定性及变形满足要求，主要由H型及箱型截面构成，材质Q345B。

3.6　整体提升施工模拟

图6　

表1　

图7　环向加固桁架效果图

采用Sap2000程序的空间杆系有限元方法计算。桁架结构采用Frame单元，荷载作用点（铰接或刚接节点）到截面形心的偏心采用刚臂（刚体约束）模拟。结构重量采用分段计算。

图8　

屋盖钢结构拼装时，依据模拟计算结构变形值（最大变形70mm），进行相应反起拱，以抵消结构变形。结构应力比最大0.8，在加固桁架角部位置。

4　整体提升

4.1　提升准备阶段

（1）采用MIDAS/GENV800程序对提升阶段进行分析，确保安装有科学的理论支撑。

（2）检查拼装焊接质量，测量结构变形情况与设计图比较，确保质量、变形可控范围。

（3）支撑提升的提升架应根据使用要求，进行模拟计算，满足国家相关规范要求。提升架的安装应符合审图后的图纸，验收合格后才能投入使用。

（4）通过模拟计算设置了32个吊点，提升前根据图纸设置好吊点位置提升结构与提升架可靠连接，提升前应验收检查满足提升要求后才能使用。

（5）提升钢拉索（钢绞线）加大安全系数模拟计算选用直径，按照ASTMA416-87a国家规范进行验收。提升前应检查钢绞线穿入提升缸、提升结构连接，检查锚具，满足提升安全后才能使用。

（6）液压提升设备设置、计算机控制系统、安全控制措施应按照施工方案进行配置并进行验收。

（7）调试好提升控制系统，预演提升中的突发状况，安全应急措施使用状态。

4.2　整体提升

（1）试提升，拆除辅助拼装的支撑，将结构提升离开地面约150mm高，12h内不间断，测量结构变形情况，观察提升系统、计算机控制系统信号正常。

（2）正式提升，结构在12h后匀速上升，随时注意结构、提升架变形情况；注意提升系统的安全措施，确保突发事件的应急；提升过程中，提升区域内不能有障碍物；设置专人观察钢绞线、锚固点等工作情况；与提升无关人员禁止进入提升现场，专人负责安保工作；提升注意3d内的天气情况，测定风速、风向；现场配备灭火设备。

（3）提升就位，提升到指定高度，用钢板固定对接口，千斤顶支撑对接口，使对接在绝对静止、温度变化小的状态下焊接。结构安装焊接完成后，分级卸载，直至所有荷载承受在原结构上，控制和检测负载状况，保证结构变形在安全和可控范围内拆除提升设备。

5　应力应变监测

利用有限元分析方法对屋盖钢结构的施工过程进行模拟分析，得到有限元分析数值、并预估钢结构变形；在施工过程中，根据应力应变片反馈的监测数值与有限元分析的对比所得的误差值，修正和调整提升施工，直至完成屋盖钢结构的安装施工。采用上述方法，通过应力应变片及时反映出被监测钢结构的实时状态，预测变形发展趋势，提拱信息反馈，确保建筑物、重要设备及施工过程的安全性和使用功能，具有监测精度要求高、监测频次密集的有益效果，并能够有效提升屋盖钢结构的施工质量和施工精度。

6　结束语

本文对南充市博物馆钢结构整体提升施工控制技术进行分析，临时加固措施设计及施工全过程采用计算机仿真模拟，并且对施工过程结构内力、位移进行全面的动态实时监控。采用整体提升施工技术，设备自动化程度高，操作方便灵活，安全性好，可靠性高。计算机控制液压同步提升技术的特点和工程实践表明，它是一项极具应用前景的新技术。