滑移施工技术在超大跨度拱形管桁架中的应用*

张明亮，刘 维，曾治国

(湖南省第二工程有限公司，湖南 长沙 410015)

1 工程概况

某电厂煤场封闭改造工程，采用预应力拉索管桁架结构，7榀设置平衡钢索，桁架跨度185m、长度254m。整体结构模型由9榀主桁架和15道次桁架组成，主桁架为不对称四边形立体桁架，桁架顶标高为51.779m，支座间距4，27m，支座底标高为2.500m。桁架结构布置如图1所示。

图1 桁架结构布置

2 施工方案

制订钢结构施工方案时需考虑结构以下特点：①单榀主桁架跨度大、构件长、断面大，对施工质量要求高；②各榀屋架就位高度与倾斜角度不完全相同，安装措施不能全重复利用；③主桁架为不对称四边形立体桁架；④钢桁架体形庞大，需在起吊范围内现场拼装。

考虑以上工程特点、技术可行性及经济性等因素，对2～5号主桁架采用累积滑移施工方案，其余桁架均采用原位分段安装。施工总平面布置如图2所示。

图2 施工总平面布置

3 设备选型

1)起重设备 3台25t汽车式起重机负责钢桁架结构构件卸货、倒运和地面拼装，200，280t履带式起重机负责管桁架吊装施工。

2)滑移顶推设备 8台YS-PJ-100型液压顶推器采用YS-PP-15型液压泵源系统、YS-CS-01型计算机控制系统。

4 施工工艺

图3 滑移轨道及滑移顶推点位置示意

2)第2步 将主桁架分为A，B，C，D 4个施工段分别在地面完成拼装。

4)第4步 分别利用1台200t履带式起重机将2号桁架A，D段吊至设计位置，一端支承在滑移轨道上，另一端支承在临时支架上。

5)第5步 先利用1台200t及1台280t履带式起重机将2号桁架B段吊装至设计位置，一端与A段连接，另一端支承在临时支架上，采用同样方法将C段吊装至设计位置，一端与D段连接，另一端与C段连接并完成2号桁架拉索安装。

6)第6步 安装3号桁架A，D段及相应的次桁架，然后安装3号桁架B，C段及拉索。

7)第7步 安装2，3号桁架间次桁架，并将拉索一端初张拉至30%张拉力，另一端将拉索拉至100%张拉力，安装檩条、马道等构件。然后将2，3号桁架滑移至⑦，⑧轴线。

8)第8步 按上述步骤依次完成4～6号桁架、拉索、檩条及马道等构件安装和滑移。然后将支撑架移动至～轴，安装8号桁架、拉索、檩条及马道等构件。

9)第9步 安装1，9号山墙桁架、檩条及马道等。

5 施工验算

5.1 起重设备验算

工程吊装最大起重为64t，所需起吊高度为30.6m，采用1台280t履带式起重机起吊，主臂50m，副臂21m，不存在扛臂问题，起吊高度满足要求，最大负载率为64/81.7=78.3%<80%，满足要求。

5.2 管桁架吊装验算

利用MIDAS有限元模拟软件建立结构模型，以最大3号桁架B，C段为例，考虑1.4倍动力系数，计算结果如图4所示，可知应力比0.799<1，满足要求。

图4 3号管桁架B，C段吊装验算结果

5.3 吊装钢丝绳计算

仅对构件吊索进行验算，不包括起重机自身吊索。最大桁架吊装重约70t，采用8点绑扎起吊，钢丝绳间夹角α取60°，则每根钢丝绳所受拉力为：

ΣS0=PK/b=700×8/

(8×cos30°×0.82)=985.7kN

(1)

式中：P为桁架段总重,取700kN；K为钢丝绳使用安全系数，取6；b为钢丝绳间荷载不均匀系数，取0.82。

根据GB/T 20118—2017《钢丝绳通用技术条件》选择6×37M类FC纤维芯钢丝绳，公称抗拉强度为1 770MPa，直径为44mm，最小破断拉力1 010kN>985.7kN，满足吊装安全要求。

5.4 支撑验算

1)支撑地基承载力验算

支撑架分为H形塔式起重机(见图5a)标准节支撑架和T形支撑架(见图5b)，地基承载力按120kPa进行计算。H形支撑架地基承载力为3m×3m×120kPa=1 080kN≥900kN，T形支撑架地基承载力为2×2m×2m×120kPa=960kN≥800kN，地基承载力均满足要求。

图5 塔式起重机形式

2)支撑架验算

T形和H形支撑架均按最不利工况验算，计算结果如图6所示。各构件应力比均<1.0，满足结构安全性要求。

图6 支撑架验算结果

3)支撑架缆风绳验算

按最不利工况计算，最大拉力值为65kN，安全系数选用3.5，不均匀系数为0.82，则每根钢丝绳实际所受拉力为65kN×3.5/0.82=277.4kN。根据GB/T 20118—2017《钢丝绳通用技术条件》选择6×37M类FC纤维芯钢丝绳，公称抗拉强度为1 770MPa， 直径为24mm最小破断拉力301kN>277.4kN，满足吊装安全性要求。

5.5 滑移梁验算

滑移梁按双支座1 200kN水平力进行验算，组合工况为1.0D+1.3L，计算结果如图7所示，可知应力比为0.959<1，位移为56.492mm

图7 滑移梁验算云图

5.6 施工过程仿真计算

1)计算说明

利用MIDAS软件，按图纸建立计算模型，构件规格、边界条件和图纸保持一致，并考虑1.1倍系数，对整个桁架安装过程进行仿真模拟计算。受篇幅所限，选取部分主要施工阶段计算结果进行分析。

2)计算结果

计算结果如图8所示。由图8可知：

图8 计算结果(单位：mm)

1)桁架进行拉索张拉时，原桁架B，C段最大位移值明显减小，A，D段位移增大，即拉索因其自身内力平衡，可有效减小下部受力构件水平推力，充分发挥材料性能。因此，拉索对保证大跨度管桁架稳定性有关键性作用。在施工中应控制好拉索张拉施工，确保拉索与钢结构达到共同受力设计状态。

2)桁架滑移施工时，位移发生明显增大，跨中位置尤为明显。因此，在实际滑移施工中，应着重对轨道水平支撑、桁架跨中位置位移进行监测。

3)随着施工推进，施工长度逐步增加，桁架位移也随之增大，最大幅度为77.62mm，但仍处于安全变形范围内。因此，采用原位安装与累计滑移施工相结合的方法可行。

6 结语

某电厂煤场封闭改造工程具有超大跨度、高质量和不对称等特点。采用原位安装和累计滑移施工相结合方法，确保了实际施工安全。