大跨度钢桁架吊装过程分析.doc

大跨度钢桁架吊装过程分析 结 构 工 程 师. . . 第 卷第 期 . 年 月大跨度钢桁架吊装过程分析彭玉丰 , 罗永峰.同济大学土木工程学院建筑工程系,上海; .中国二十冶集团有限公司,上海摘 要 随着我国社会经济的高速发展,大跨度空间结构得到了迅速发展,广泛应用于机场、展览馆、体育馆等大型公共建筑中。但是大跨度空间钢结构的施工安装技术,仍然是建筑技术研究的重要课题之一。 结合中航上海民用大场基地号技术综合楼钢桁架整体吊装工程,对吊装过程中涉及的吊点布置以及钢桁架强度、刚度和稳定性等问题进行了综合分析,确定了合理的吊点数量与布置方式,选择了合理的吊装机械性能参数,提出了合理的绑扎宽度,为吊装过程提供理论依据,也为相关钢结构安装提供参考资料。关键词 钢结构,大跨度桁架,吊装吊点,绑扎宽度,., , , ;. ., ? , , , ,.?. ?., , ,., . , , , 术 如吊装、整体 或部分 滑移、整体提升 或顶引 言 升 、张拉预应力索等 从一系列准结构逐渐安装形成最终结构的过程,可能在施工过程中结构由目前,大跨度钢结构在我国应用越来越广,其 于失去平衡而倾覆,或由于结构失去稳定而倒塌,造型越来越新颖,规模越来越大,因此,对建造施 或由于局部构件和节点强度不足而破坏,也可能工技术的要求也越来越高。大跨度空间结构的施 成形后的结构与设计状态相差甚远,因而,准确分工技术及施工过程中表现出的诸多力学及关键技 析施工过程中结构的受力状态并对施工过程进行术问题愈来愈受到人们的重视。合理的施工方案 合理控制,是成功完成施工的关键。本文结合中和科学的施工过程分析,才能保证结构的安全、经 航上海民用大场基地建设项目号技术综合楼济。大跨度空间结构施工吊装过程的安全性与成 钢桁架整体吊装工程,对工程中的大型构件吊装形状态是否能满足设计要求,是必须解决的问题。 过程中的吊点布置以及构件强度、刚度和稳定性大跨度空间结构的成形过程,是通过施工技 等问题进行分析 。收稿日期: ? ? 联系作者。:. . , . 另外,由于下部混凝土结构已经施工,钢结构吊装必须采取跨外吊装的方法,导致吊装距离远,工程概况为此,需要对主桁架 的吊装过程进行模拟分析。主桁架 如图 所示。上海飞机制造厂号技术综合楼由东西两主办公楼、中心共享空间三部分组成,建筑高度. 。由于施工空间及安装设备限制,其中共享空间上方的钢桁架安装工程是该项目施工的技术难点,需要进行深入的施工过程模拟分析,并制定合理的安装方案。该钢桁架结构施工现场照片如图 所示。该主桁架跨度,单榀重量,运输、吊装难度大,为了顺利施工安装,根据制作及安装条件确定的施工方案为:将桁架分五段运进进场一图 钢桁架工程安装图现场地面拼装为整体一整体提升吊装。两榀钢桁.架组拼并安装支撑后总重量达 。图 主桁架近零;吊件的变形和弯矩分布比较均匀,且数吊装方案及力学分析值最小。? ? ?. 吊点布置方案二二二 二 以整榀平面和空间桁架为吊装单元可大大提高工作效率,减少空中焊接拼装缺陷,降低施工难度。对于大跨度桁架结构,在吊装过程中要重点?考虑和解决以下几个问题:如何选择吊点 包括吊点的数量和分布 ;如何保证吊装过程中桁架?.,不发生平面外失稳。不同吊点位置的变形不同吊点位置的弯矩在确定大跨度桁架结构的吊装方案时,吊点图 等截面简支梁在不同吊点下的变形和弯矩图的选择和吊点的分布是首先要考虑的问题 。.如图 所示,一平直的简支梁结构,要吊装到设计 标高与两柱头连接,其吊点的选择和吊点的分布要保证起吊后的梁在自重作用下两端的轴向相对 但在本工程中,考虑到吊装高度和吊装器械变形等于或接近零,这样吊装到设计位置的梁就参数的限制,将吊点选择在的三分点处。主能准确就位,不会超长也不会缩短 。依据这个桁架 的尺寸及总量正如图 所示,吊点选取原则,吊点的选择要满足以下两条:方案如图 所示。 吊件两端的轴向相对变形等于或接?结构分析? 结构工程师第 卷第 期图 主桁架 一 吊装示意图.式中, 为主桁架自重; 为吊点处主桁架悬挑. 吊点方案初步校核长度。根据现场施工条件及吊车起重量,选择一台 主桁架在吊装状态下的弯矩如图所示。 履带吊,其起重臂主臂,工况,半径,配悬浮配重。此工况下起重机起重量. . 为。而主桁架重约,吊钩重 ,钢 /、 ? . 丝绳重 . ,合计 . 。. ,起重图 主桁架在吊装状态 的弯矩图量符合要求。.主桁架的支座高度为 . ,构件至支座距离取 . ,构件高度 . ,钢丝绳与构件夹角根据桁架结构的弯矩,可计算出上下弦杆件度,钢丝绳高度为,吊钩至杆头为 . ,最小起重高度为 . . ,起重高度符合 中的最大拉压力为. 要求。一 ? ?:? 一 .【 . 吊装过程中主桁架强度分析主桁架中上下弦杆均采用,矩形管 ,计算得到桁架上下弦将整个主桁架看作一个刚体,考虑吊装过程杆中的最大应力为 . ,满足要较为缓慢,可以将桁架受力状态近似为静力状态。求。桁架中剪力主要由腹杆承担,本次吊装 分析得到主桁架最大弯矩为时最大剪力为 ,最不利截面为方钢管截面旦: : ,材质为 ,则方管中的最大应力 .,满足要求。 . , .合理,可能会导致吊点区域存在应力集中现象,从. 吊装过程中主桁架变形分析而导致结构在施工过程中发生局部破坏,或影响通常情况下,被吊装结构整体破坏的可能性 结构使用状态的性能。采取加大绑扎面宽度的方较小,最容易出问题的往往在构件的节点。如吊 法可以大大降低应力集中现象,实际吊装时绑扎面宽度约,极大减小了应力集中现象,满足装节点处构件局部应力过大而导致局部屈曲破坏,从而导致整个结构的破坏 。 施工要求。在主桁架吊装中,吊点在构件的 分点处,吊装时的每个吊点所承受的竖向力为 / ,这些力主要作用在中上弦杆的底截面处。吊装时如果 中绑扎面的宽度太小,必然引起上弦杆的绑扎处应力集中,这样可能会导致上弦杆局部破坏;而绑扎面的宽度太大则不利于绑扎。如何合理选择绑扎面宽度至关重要。. . . .计算中,考虑到受力分析模型应当与构件的.】 .实际受力状态接近,截取桁架上弦杆中的一个节图 吊点局部计算结果间,即 长的上弦杆进行分析。在杆件实际吊.装状态,由于构件两端腹杆的支撑作用,杆件两端截面与各自延伸段截面的相对位移、相对转角变化很小,故在分析时可以考虑将两端视为固结。而杆件的受力主要在杆件右端的下截面处,且离杆件端部距离很小,计算模型中受荷面边界线与杆件端部的距离取 ,与实际吊装绑扎点吻合,计算模型如图 所示。. . . . . .图 吊点局部应力应变图. . 吊装过程中结构稳定性分析在制定吊装方案时,确定吊点及其分布,对于大跨度桁架结构仅凭经验是不够的,必须通过必图 吊点计算模型要的分析和计算才能确定。最重要的是在起吊过. 程中,桁架在保证平面内稳定条件下不发生平面外失稳。平面内稳定主要是验算桁架的单个构件本文经过多次分析对比计算,得出当宽度为不失稳或不发生强度破坏,且在设计阶段已考虑。 时,应力集中现象不明显,是较为合理的绑平面外失稳是一个整体失稳破坏,与吊点的多少扎宽度。图 和图 分别是构件在下表面受荷面和分布有密切关系。吊点愈多,愈不会发生平面宽度为 时的应力和变形结果以及局部应力外失稳。这在设计