專利名稱：一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國名生活水平提高，出行人員的增加，國內(nèi)部分已經(jīng)建造的大型公共場所已不能滿足現(xiàn)階段人流量，比如火車站、體育館、醫(yī)院等等，尤其是鐵路運(yùn)輸能力。同時(shí)隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施的投入，特別是鐵路站房的建設(shè)力度的增加，這就越來越迫切的需要將已有站房進(jìn)行擴(kuò)建。傳統(tǒng)擴(kuò)建的方法一般都是保留部分可以重新使用的建筑，將將其余大部分雨棚桁架都拆除，然后徹底重建，傳統(tǒng)工藝不但需要很長的施工工期，同時(shí)加大了資金的投入，這種費(fèi)時(shí)費(fèi)力的方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)今社會(huì)的需求。所以本發(fā)明人提出一種將既有雨棚桁架帶載切割后整體滑移的擴(kuò)建方法，不但節(jié)約施工總工期，而且能將原雨棚桁架重復(fù)利用，可以節(jié)約大量的鋼材。但是由于原有站房已經(jīng)投入使用一定的年限，雨棚桁架弦桿內(nèi)存在著復(fù)雜的內(nèi)力。既有大跨度桁架帶載切割技術(shù)復(fù)雜，由于其變形、受力狀態(tài)在切割過程中具有疊加效應(yīng)和反復(fù)性，切割方案除了滿足結(jié)構(gòu)的受力要求外，還要避免切割不當(dāng)產(chǎn)生內(nèi)力的突然釋放， 而使桁架整體失穩(wěn)。還要通過優(yōu)化切割順序，確保每次切割前桁架內(nèi)力最小。同時(shí)還要將桁架進(jìn)行預(yù)變形措施，保證主桁架切割完畢后各點(diǎn)的標(biāo)高能夠符合設(shè)計(jì)要求。桁架以上內(nèi)容是既有大跨度桁架帶載切割過程中的關(guān)鍵技術(shù)。因此，對具有上述類似結(jié)構(gòu)切割時(shí)，如何優(yōu)化切割順序，提高切割的效率，以及變形如何控制，成為關(guān)鍵的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，設(shè)計(jì)安全可靠，切割安排合理，滑移過程中的摩擦力較小，降低了對滑移設(shè)備要求，同時(shí)卸載順序安排合理，可有效控制結(jié)構(gòu)變形，與土建施工作業(yè)交叉少，充分發(fā)揮階梯狀卸載的效用。本發(fā)明通過以下的技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，具體包括如下步驟
(1)在既有主桁架下方搭設(shè)支撐架，用千斤頂在支撐架上將跨中桁架向上頂升一定的距離，此時(shí)外側(cè)柱腳內(nèi)力最小，同時(shí)桁架部分荷載轉(zhuǎn)移到支撐架上；
(2)跨中桁架向上頂升后，根據(jù)有限元計(jì)算分析，外側(cè)柱腳弦桿內(nèi)力很小，采用磁力切割機(jī)將外側(cè)柱腳弦桿及柱腳腹桿切割，同時(shí)在柱腳處放置滑移鋼梁；
(3)通過有限元計(jì)算軟件分析出跨中桁架內(nèi)力小的桿件，并將其切割；
(4)通過有限元計(jì)算軟件再次分析出跨中桁架中其余內(nèi)力小桿件，并將其切割，經(jīng)過多次重復(fù)，直至跨中桁架完全切斷，此時(shí)跨中桁架荷載轉(zhuǎn)移到下部的支撐架上；
(5)切割內(nèi)側(cè)柱腳弦桿，此時(shí)桁架全部切割完畢，桁架自重全部安全轉(zhuǎn)移到下部支撐架及滑移鋼梁上；(6)在柱腳處安裝液壓爬行器，將切割下的桁架按照滑移設(shè)計(jì)要求滑移所需距離，并將柱腳進(jìn)行焊接固定；
(7)采用汽車吊，高空補(bǔ)裝滑移出去后所需擴(kuò)建的桁架；
(8 )進(jìn)行卸載工作，拆除主桁架下方的支撐架及滑移設(shè)施。本發(fā)明可以通過如下方式進(jìn)一步完善
所述的支撐架是以力學(xué)模型建立穩(wěn)固的基礎(chǔ)，運(yùn)用MADIS計(jì)算軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)而成，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的荷載包括恒載、活荷載、風(fēng)荷載、列車駛過的氣動(dòng)力產(chǎn)生的水平風(fēng)荷載、地震作用、支座沉降的影響、列車駛過的振動(dòng)作用、上部桁架滑移施工過程對支撐架系統(tǒng)的影響及支撐架整體穩(wěn)定性屈曲分析。所述的風(fēng)荷載
ω==1.92x2.08x1.52x0.45 = 2.73 KN/m2 ；
其中總=1+1 C-^2 =1+1.81x0.51x1.0 = 192,. = 1.52,=2.6x0.8 = 2.08 ；
螂為風(fēng)壓，取0.45kN/m2 $是脈動(dòng)增大系數(shù)，q是脈動(dòng)影響系數(shù)，< 是振型系數(shù)與風(fēng)
壓高度變化系數(shù)的比值；
考慮風(fēng)荷載作用在立柱上，取放大系數(shù)為1. 1，則線荷載為 2. 73X 1. 1X0. 377=1. 13KN/，其中 0. 377 是圓管直徑。所述水平風(fēng)荷載，考慮列車以300km/h經(jīng)過時(shí)的風(fēng)壓，駛過列車產(chǎn)生氣動(dòng)壓力和氣動(dòng)吸力，由于氣動(dòng)吸力與支撐架所受剪力方向相反，對計(jì)算支撐架有利，故不考慮氣動(dòng)吸力，僅考慮氣動(dòng)壓力作用；根據(jù)相關(guān)規(guī)定，水平氣動(dòng)壓力作用在軌道頂之上的最大高度為 5m，且有無站臺(tái)雨棚的存在，需考慮乘以1. 5的阻擋系數(shù)；時(shí)速350KN的駛過列車中心線距構(gòu)件邊緣距離為5米，則產(chǎn)生的水平氣動(dòng)壓力為0. 72KN/ Hl2，則計(jì)算基本風(fēng)壓為
根據(jù)支撐架的幾何特征，可計(jì)算5m高度以下的支撐架立桿擋風(fēng)寬度為
L = 0.377 + 2+ 2^ χ 0.18 = tl595m
2
則駛過列車對支撐架立柱產(chǎn)生的風(fēng)荷載為 q=0. 595*1. 08*1*1=0. 642KN/m。所述支撐架計(jì)算時(shí)考慮加大荷載作用、設(shè)置較為保守的安全富余度，來保證支撐系統(tǒng)和鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在施工過程中的安全性，計(jì)算時(shí)，考慮以下荷載組合
①1. 35D+0. 98L
②1. 2D+1. 4L
③1. 2D+1. 4L+0. 84W @ 1. 2D+0. 98L+1. 4W (5) 1. 2D+1. 4Δ
⑥1. 2 (D+0. 5L) 士 1. 3Eh
⑦1. 0D+1. 4L
⑧1. 0D+1. 4L+0. 84W⑨ 1. 0D+0. 98L+1. 4W (10) 1. 0 (D+0. 5L) 士 1. 3Eh
其中，D代表恒載，L代表活荷載，W代表普通風(fēng)荷載和駛過列車氣動(dòng)力產(chǎn)生的風(fēng)荷載， H1代表水平地震作用，△代表支座沉降作用。
所述主桁架頂升前先將整榀桁架在MADIS軟件中建模，分別將主桁架向上頂升10mm、 20mm和30mm，得出向上頂升時(shí)外側(cè)柱腳內(nèi)力最小的頂升距離，然后將跨中桁架向上頂升， 轉(zhuǎn)入步驟2。所述步驟2中的柱腳設(shè)為滑移主動(dòng)點(diǎn)，跨中桁架切斷后架設(shè)在支撐架處為滑移跟隨點(diǎn)；主動(dòng)點(diǎn)處包括鋪設(shè)固定在地面上的路基箱、布置在路基箱上的主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁、安裝在主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁上支承桁架的主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)、以及固定在主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁上，推動(dòng)桁架移動(dòng)的液壓爬行器；跟隨點(diǎn)包括布置在支撐架上的跟隨點(diǎn)滑移鋼梁，安裝在跟隨點(diǎn)滑移鋼梁上支承桁架的跟隨滑移機(jī)構(gòu)。所述的主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁和隨點(diǎn)滑移鋼梁上表面鋪設(shè)一層不銹鋼板。所述的主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)和跟隨滑移機(jī)構(gòu)相同，包括支撐待滑移的桁架的支架，以及貼覆在支架底面、用于在不銹鋼板上滑動(dòng)的聚四氟乙烯板。所述步驟8中首先將全部支撐架桁架在有限元計(jì)算軟件里進(jìn)行支撐架全部拆除后的計(jì)算，得出每榀主桁架跨中擾度最大值；然后用支撐架上千斤頂將主桁架向上略微頂升，頂升至即將脫離支撐架即可；
將第一榀桁架進(jìn)行卸載，卸載的高度為上述計(jì)算擾度最大值的一半；接著將第二榀桁架卸載，卸載的高度同樣為上述計(jì)算擾度最大值的一半；將第一榀桁架再卸載擾度最大值的一半，此時(shí)，第一榀桁架已經(jīng)全部卸載完畢，其下方的支撐架可以全部拆除；
將第三榀桁架開始卸載擾度最大值的一半，此時(shí)，第三榀桁架與第四榀桁架標(biāo)高相差擾度最大值的一半，第三榀桁架與第二榀桁架標(biāo)高一致，第二榀桁架與第一榀桁架標(biāo)高相差擾度最大值的一半，各榀桁架之間標(biāo)高呈階梯狀；
將第二榀桁架再卸載擾度最大值的一半，此時(shí)，第二榀桁架已經(jīng)全部卸載完畢，其下方的支撐架也可以全部拆除；然后將第四榀桁架也按照上述方式卸載，重復(fù)上述步驟，將每榀桁架呈階梯狀進(jìn)行卸載，直至全部桁架卸載完畢。采用上述方案后，本發(fā)明具有諸多有益效果
1、本發(fā)明直接對既有的大跨度桁架進(jìn)行切割、滑移的擴(kuò)建方式，而不是將既有桁架進(jìn)行拆除重建，因此整個(gè)施工工期大為縮短，節(jié)省了大量的人力。2、本發(fā)明將既有的桁架完全重新利用，只需要補(bǔ)充焊接擴(kuò)建距離的桁架部分，節(jié)省了大量鋼材的消耗，資源得以重復(fù)利用，符合當(dāng)今社會(huì)中節(jié)能的時(shí)代要求。3、本發(fā)明中支撐架的設(shè)計(jì)充分考慮了各個(gè)方面的因素，安全性能高，質(zhì)量可靠。同時(shí)切割和滑移過程中，每個(gè)細(xì)節(jié)都考慮周全，保障了施工的安全，避免嚴(yán)重事故發(fā)生。4、本發(fā)明提出一種階梯狀的桁架方式，土建單位可以先對已經(jīng)卸載的桁架進(jìn)行下步施工，能夠做到土建施工與鋼結(jié)構(gòu)卸載工作同步開展，進(jìn)一步節(jié)約了現(xiàn)場施工的總體工期。而且通過對卸載順序進(jìn)行優(yōu)化，確定結(jié)構(gòu)卸載流程，采用有限元計(jì)算軟件，對結(jié)構(gòu)卸載全過程進(jìn)行仿真分析，并在桁架卸載前，確定結(jié)構(gòu)的預(yù)變形值，保證結(jié)構(gòu)卸載完成后的水平度滿足設(shè)計(jì)要求。階梯狀卸載相對于同步卸載來說投入的設(shè)備少，提高綜合效益。


圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例中步驟一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例中步驟二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例中步驟三的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例中步驟四的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明較佳實(shí)施例中步驟五的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明較佳實(shí)施例中步驟六的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是本發(fā)明較佳實(shí)施例中步驟七的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本發(fā)明的既有大跨度桁架俯視示意9是本發(fā)明的既有大跨度桁架滑移一定距離后的俯視示意圖； 圖10是本發(fā)明的既有大跨度桁架補(bǔ)裝主桁架的俯視示意圖； 圖11是本發(fā)明較佳實(shí)施例中支撐架的立體示意圖； 圖12是本發(fā)明較佳實(shí)施例滑移主動(dòng)點(diǎn)和滑移跟隨點(diǎn)中滑移結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖，對本發(fā)明較佳實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施例中是針對火車站大型雨棚桁架的改建，如圖1所示其建筑物跨度64. 6m, 拱頂高度19. 5m，長度M5m。雨棚結(jié)構(gòu)采用正放三角形的三肢格構(gòu)式桁架，桁架柱邊長約 2. 5米，三角形桁架高4. 5m，最大管徑550mm。沿長度方向主桁架共沈榀，桁架榀距22m。屋面為彩色鋼板，吊頂采用鋁板吊頂?；菊九_(tái)凈寬為10. 5米，不滿足使用要求，現(xiàn)將基本站臺(tái)凈寬擴(kuò)大為15米，原桁架跨度為64. 6m，擴(kuò)建后為69. lm。采用本發(fā)明技術(shù)，施工方法具體包括如下步驟 一、支撐架2搭建
支撐架2是以力學(xué)模型建立穩(wěn)固的基礎(chǔ)，運(yùn)用MADIS計(jì)算軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)而成。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的荷載包括恒載、活荷載、風(fēng)荷載、列車駛過的氣動(dòng)力產(chǎn)生的水平風(fēng)荷載、地震作用、 支座沉降的影響、列車駛過的振動(dòng)作用、上部桁架滑移施工過程對支撐架系統(tǒng)的影響及支撐架整體穩(wěn)定性屈曲分析。支撐架2受到的恒載，計(jì)算時(shí)考慮結(jié)構(gòu)自重乘數(shù)1. 0，屋面恒載0. 8KN/ Ilf。側(cè)固定端支撐架承受豎向力315KN，承受向內(nèi)側(cè)的水平剪力180KN?；贫私Y(jié)構(gòu)對支撐架的軸壓力為404KN，考慮滑移軌道和屋蓋之間摩擦系數(shù)為0. 05，則屋蓋滑移時(shí)的動(dòng)摩擦力為20. 2KN?；詈奢d，主要考慮支撐架2上部操作工人的荷載，計(jì)算支撐架時(shí)，需考慮支撐架頂端3. 5KN/ in2的施工活荷載。風(fēng)荷載，風(fēng)壓取0. 45kN/m2，風(fēng)荷載包括直接作用在支撐架2上，根據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ135-2004第4. 2. 9條有
風(fēng)荷載
4 = B1S2 =1+1.Six0.51x1.0 = 1.92,^ = 1.52,/4 =2.6x0.8 = 2.08?？偹? 1.92x2.08x1.52x0.45 = 2.73 KN/m2考慮風(fēng)荷載作用在立柱上，取放大系數(shù)為1. 1，則線荷載為 2. 73X1. IX0. 377=1. 13KN/ m。由于本工程施工過程中，鄰近軌道仍然正常使用，故需考慮列車以300km/h經(jīng)過時(shí)的風(fēng)壓。根據(jù)《新建時(shí)速300 350公里客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)2007
47號(hào))文件的相關(guān)規(guī)定，對列車經(jīng)過產(chǎn)生的風(fēng)壓計(jì)算如下
駛過列車產(chǎn)生氣動(dòng)壓力和氣動(dòng)吸力，由于氣動(dòng)吸力與支撐架2所受剪力方向相反，對計(jì)算支撐架2有利，故不考慮氣動(dòng)吸力，僅考慮氣動(dòng)壓力作用。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，水平氣動(dòng)壓力作用在軌道頂之上的最大高度為5m，且有無站臺(tái)雨棚的存在，需考慮乘以1.5的阻擋系數(shù)。查表可得，時(shí)速350KN的駛過列車中心線距構(gòu)件邊緣距離為5米，則產(chǎn)生的水平氣動(dòng)壓力為0. 72KN/ Hl2，則計(jì)算基本風(fēng)壓為
W0 = 1.5x0.72 =IOSWW
根據(jù)支撐架2的幾何特征，可計(jì)算5m高度以下的支撐架2立桿擋風(fēng)寬度為
L = 0.377 + 2+ 2λ/2 χ0.18 = 0.595M
2
則駛過列車對支撐架2立柱產(chǎn)生的風(fēng)荷載為 q=0. 595*1. 08*1*1=0. 642KN/m。鑒于本工程為鐵路站房，改造過程中，仍要保證正常運(yùn)營，故其安全性非常重要， 需要考慮地震作用的影響。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料，抗震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)為抗震設(shè)防烈度7 度、設(shè)計(jì)基本地震加速度0. IOg,地震分組第二組，場地類別II類。本工程原結(jié)構(gòu)已投入使用三年，可認(rèn)為軌道基礎(chǔ)、站臺(tái)基礎(chǔ)的地基沉降已趨于穩(wěn)定，在施工過程中不會(huì)發(fā)生大的變化。計(jì)算時(shí)偏安全考慮，取較不利位置支撐架2支座發(fā)生 30mm的基礎(chǔ)沉降，進(jìn)行計(jì)算。由于列車駛過的振動(dòng)作用為低頻振動(dòng)，其頻率與支撐系統(tǒng)和鋼雨棚基本周期差別較大，不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，故本計(jì)算中不考慮列車駛過的振動(dòng)作用。計(jì)算時(shí)考慮加大荷載作用、設(shè)置較為保守的安全富余度，來保證支撐系統(tǒng)和鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在施工過程中的安全性。計(jì)算時(shí)，考慮以下荷載組合
①1. 35D+0. 98L
②1. 2D+1. 4L
③1. 2D+1. 4L+0. 84W @ 1. 2D+0. 98L+1. 4W (5) 1. 2D+1. 4Δ
⑥1. 2 (D+0. 5L) 士 1. 3Eh
⑦1. 0D+1. 4L
⑧1. 0D+1. 4L+0. 84W
⑨1. 0D+0. 98L+1. 4W
(10) 1. 0 (D+0. 5L) 士 1. 3Eh
其中，D代表恒載，L代表活荷載，W代表風(fēng)荷載(包括風(fēng)荷載和駛過列車氣動(dòng)力產(chǎn)生的風(fēng)荷載)，H1代表水平地震作用，Δ代表支座沉降作用。
當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)主桁架割斷、尚未滑移的狀態(tài)時(shí)，由于中間支撐架2的基礎(chǔ)發(fā)生沉降，同時(shí)該處支撐架2直接承受屋蓋自重作用，此時(shí)支撐架系統(tǒng)的桿件應(yīng)力最大，變形也最大。為驗(yàn)算支撐架系統(tǒng)的穩(wěn)定性，選取該狀態(tài)進(jìn)行屈曲分析。屈曲分析考慮1.0恒載+1.0活載狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。本實(shí)施例中支撐架2規(guī)格尺寸為&ιΧ3. 5m,每節(jié)高度為2m，支撐架2立柱為 Φ 377 X 16鋼管，直腹桿及斜腹桿均采用Φ 180 X 12鋼管，桿件材質(zhì)均采用Q235B，設(shè)計(jì)強(qiáng)度 f=215N/mm2。結(jié)合圖1和圖11為了防止支撐架2在受力過程中，防止支撐架2存在不均勻沉降的現(xiàn)象，在支撐架2安裝的位置，如站臺(tái)及火車軌道基礎(chǔ)上搭設(shè)路基箱，通過工字鋼25將路基箱與站臺(tái)牢固連接。為了確保火車軌道及枕木不受到上部支撐架2的破壞，在搭設(shè)前將火車軌道及枕木均拆除。路基箱本身是建筑行業(yè)中常用的部件，是采用工字鋼焊接而成，在工字鋼上下表面焊接鋼板，將工字鋼包起來制成。路基箱21之上就是支撐架體22。支撐架體22包括若干立柱23和若干橫桿24。 在立柱23之間通過橫桿M以水平或者斜向焊接固定連接，形成整個(gè)支撐架體22。整個(gè)支撐架體22固定在路基箱21時(shí)，立柱23的腳部都應(yīng)該放置在路基箱21中各個(gè)工字鋼縱橫交叉處，加強(qiáng)支撐架體22的承受能力。支撐架體22的外側(cè)立柱23，也就是靠近原有的火車防護(hù)棚10的立柱，應(yīng)該與火車防護(hù)棚10保持大于IOOmm的距離，確保支撐架體22的變形不影響火車防護(hù)棚10。支撐架體22對應(yīng)滑移桁架處設(shè)置滑移鋼梁40。支撐架受力分析
1、桁架滑移過程對支撐架的影響
①分析切割后未開始滑移前恒載狀態(tài)，通過軟件得出標(biāo)準(zhǔn)組合下X、Y、Z方向位移等值線圖(X為滑移方向，Y各榀桁架之間的縱向方向、Z支撐架沉降方向)。本實(shí)施例中，未開始滑移狀態(tài)下支撐架系統(tǒng)的變形值較小(X最大位移7. 3mm, Y最大位移1. 95mm, Z最大位移 75mm)，支撐系統(tǒng)變形滿足相關(guān)規(guī)范的要求，也滿足施工精度的需要。另外，輸出支撐系統(tǒng)的應(yīng)力及應(yīng)力比情況支撐系統(tǒng)最大應(yīng)力比為0. 7,0. 7 1. 0，故該支撐架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全可靠，切實(shí)可行，可以滿足本項(xiàng)目施工的需要。②滑移至支撐架中間位置，結(jié)構(gòu)自重作用對滑移軌道梁的豎向力產(chǎn)生的彎矩最大，該狀態(tài)滑移鋼梁40受力最大，在恒載作用下，分析得出支撐架系統(tǒng)的變形值(X最大位移5. 33mm, Y最大位移1. 51mm, Z最大位移77mm)，最大應(yīng)力比為0. 679，由上述結(jié)果可見，支撐系統(tǒng)最大應(yīng)力比為0. 679 1. 0，故該支撐架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全可靠，切實(shí)可行，可以滿足本項(xiàng)目施工的需要。③移至左側(cè)支撐架中心位置時(shí)，結(jié)構(gòu)自重作用對滑移軌道梁的豎向力產(chǎn)生的彎矩最大，該狀態(tài)下，滑移軌道梁40受力最大，在恒載作用下，分析得出支撐架系統(tǒng)的變形值(X 最大位移5. 52mm, Y最大位移1. 52mm, Z最大位移87mm)，最大應(yīng)力比為0. 661，由上述結(jié)果可見，0. 661<<1.0，故該支撐架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全可靠，切實(shí)可行，可以滿足本項(xiàng)目施工的需要。④施工過程分析的結(jié)論
由上述計(jì)算分析可見，在滑移施工過程中，支撐架系統(tǒng)的變形較小，各方向變形均小于6mm，剛度方面滿足施工要求。在各施工狀態(tài)中，支撐系統(tǒng)桿件應(yīng)力比最大為0. 7，桿件強(qiáng)度也滿足相關(guān)要求。故以上計(jì)算分析表明，本支撐架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全可靠，切實(shí)可行。2、支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
由以上計(jì)算可知，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)屋蓋桁架割斷、尚未滑移的狀態(tài)時(shí)，由于中間支撐架的基礎(chǔ)發(fā)生沉降，同時(shí)該處支撐架直接承受屋蓋自重作用，此時(shí)支撐架系統(tǒng)的桿件應(yīng)力最大，變形也最大。為驗(yàn)算支撐架系統(tǒng)的穩(wěn)定性，選取該狀態(tài)進(jìn)行屈曲分析。屈曲分析考慮1.0恒載+1.0活載狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，第一屈曲模態(tài)(屈曲因子62. 59)， 第二屈曲模態(tài)(屈曲因子62. 65)，第三屈曲模態(tài)(屈曲因子62. 91)。由上述結(jié)果可見，在1.0 恒載+1. 0活載作用下，支撐架系統(tǒng)的屈曲因子最小為62. 59，即在62. 59倍1. 0恒載+1. 0 活載作用下，支撐架系統(tǒng)才能發(fā)生屈曲，由此可見，支撐架系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性非常高，在施工過程中很難發(fā)生屈曲失穩(wěn)。二、如圖2，在支撐架頂部上設(shè)置50噸的千斤頂11，將主桁架1向上頂升一定的距
1 ο由于本工程已經(jīng)運(yùn)行了 5年，主桁架1在恒載作用下，跨中擾度較大，為了確保主桁架1切割后，桁架的標(biāo)高能符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也要確保桁架切割過程中內(nèi)力最小，因此在切割前需要采用大型有限元計(jì)算軟件進(jìn)行切割過程中的計(jì)算分析。在計(jì)算模型里，分別采用支座強(qiáng)制位移10mm、20mm和30mm，分別進(jìn)行比較分析， 發(fā)現(xiàn)向上頂升30mm時(shí)，主桁架柱腳30處內(nèi)力最小，因此確定主桁架1向上頂升的數(shù)值是 30mmo三、如圖3所示，采用磁力切割機(jī)將外側(cè)柱腳弦桿3及柱腳腹桿4切割完畢后，為了確保桁架柱腳的穩(wěn)定性，在桁架柱腳30處安裝滑移鋼梁5，滑移鋼梁5與桁架柱腳30原有結(jié)構(gòu)相連接，同時(shí)在滑移鋼梁5上安裝軌道梁，能方便液壓爬行器12的安裝。四、結(jié)合圖4，主桁架弦桿6及腹桿7的切割。柱腳外側(cè)弦桿切割完畢后，采用有限元分析軟件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)跨中上弦桿6及腹桿7內(nèi)力最小，開始切割切割跨中上弦桿6及腹桿7，然后開始切割跨中下弦桿8 (兩根)，最后切割內(nèi)側(cè)柱腳弦桿9 (兩根)。五、參見圖5，主桁架1滑移。主桁架1全部切割完畢后，其荷載全部轉(zhuǎn)移到下部支撐架體系上。柱腳30處布置液壓爬行器12，將桁架1沿站房一側(cè)滑移一定的距離。第一次滑移13榀桁架，滑移重量約為1300噸，第一次滑移結(jié)束后，再滑移對稱的13榀桁架，滑移重量約為1300噸，合計(jì)滑移總重量約為沈00噸。六、如圖6，高空補(bǔ)裝滑移出去后的桁架。桁架1滑移到位后，即可著手進(jìn)行桁架1的補(bǔ)桿安裝，桁架1中間段的補(bǔ)缺采用汽車吊散裝的方式進(jìn)行安裝，按先弦桿后腹桿的順序進(jìn)行。桁架柱腳安裝時(shí)，應(yīng)事先將柱腳安置在承臺(tái)基礎(chǔ)的地腳螺栓上臨時(shí)固定，待桁架滑移到位后將柱腳提起，與桁架弦桿對接焊接，并在柱腳板下墊上墊板點(diǎn)焊固定，以便今后灌漿。與站房連接的桁架采用整體吊裝法安裝，安裝前先在站臺(tái)桁架附近進(jìn)行拼裝，然后用汽車吊進(jìn)行安裝。七、圖7所示，拆除主桁架下方的支撐架及滑移設(shè)施。主桁架滑移完畢，并且主體結(jié)構(gòu)安裝完成后，需要對已形成的主結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體卸載?，F(xiàn)場采用50噸汽車吊將支撐架拆除。拆除方式也與傳統(tǒng)方式不同，采用階梯狀卸載方式。結(jié)合圖8 圖10，首先將全部支撐架桁架在有限元計(jì)算軟件里進(jìn)行支撐架全部拆除后的計(jì)算，得出每榀主桁架跨中擾度最大值為40mm。然后用支撐架上千斤頂將主桁架向上略微頂升，頂升至即將脫離支撐架即可。將第一榀桁架Ia卸載20mm后，可以將第二榀桁架加卸載20mm ；然后將第一榀桁架Ia再卸載20mm，此時(shí)，第一榀桁架Ia已經(jīng)全部卸載完畢，其下方的支撐架11可以全部拆除。將第三榀桁架3a開始卸載20mm，此時(shí)，第三榀3a與第四榀桁架如標(biāo)高相差20mm， 第三榀3a與第二榀桁架加標(biāo)高一致，第二榀桁架加與第一榀桁架Ia標(biāo)高相差20mm，各榀桁架之間標(biāo)高呈階梯狀，均相差20mm。將第二榀桁架加再卸載20mm，此時(shí)，第二榀桁架加已經(jīng)全部卸載完畢，其下方的支撐架也可以全部拆除；然后將第四榀桁架如也按照上述方式卸載，重復(fù)上述步驟，直至全部桁架卸載完畢。采用有限元分析，各榀桁架在支座位移20mm時(shí)，最大變形42mm，最大應(yīng)力比為0. 265遠(yuǎn)小于1，因此按照此方案進(jìn)行卸載是安全、可靠的。這里還需要提出的是，在本發(fā)明中，柱腳處設(shè)置液壓爬行器12作為滑移主動(dòng)點(diǎn)， 而在支撐架上支撐滑移桁架，是作為滑移跟隨點(diǎn)。為減小滑移中的摩擦力，本實(shí)施例中采用的滑移結(jié)構(gòu)參見圖1和圖12。主動(dòng)點(diǎn)30處包括路基箱31、主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁5、主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)32、液壓爬行器12。路基箱31鋪設(shè)固定在站臺(tái)，在路基箱31上布置主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁5，主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁5采用的是工字鋼，在工字鋼的上表面鋪設(shè)一層不銹鋼板33。主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)32架設(shè)在主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁5之上，主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)32主要是直接與待移動(dòng)主桁架1柱腳30相接觸，主要包括支撐待移動(dòng)主桁架1柱腳30的支架34，支架34的下底面為平面，且貼覆一層聚四氟乙烯板35。聚四氟乙烯板35與上述的不銹鋼板33緊密貼合接觸。液壓爬行器12固定在主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁5上，同時(shí)其作用點(diǎn)連接待移動(dòng)主桁架1，推動(dòng)該待移動(dòng)主桁架1滑移。跟隨點(diǎn)滑移鋼梁40與主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁5結(jié)構(gòu)相同，跟隨滑移機(jī)構(gòu)是支撐主桁架下弦桿8，結(jié)構(gòu)與主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)32結(jié)構(gòu)相同，不做重復(fù)描述。在滑移時(shí)，該結(jié)構(gòu)中的不銹鋼板 33和聚四氟乙烯板35之間的摩擦小，保證了滑移的順暢、安全，同時(shí)對驅(qū)動(dòng)設(shè)備功率要求大幅度降低，選擇余地大。由于施工現(xiàn)場條件的復(fù)雜性，僅靠有限元理想模型的仿真分析，難以模擬現(xiàn)場存在的諸多不可見因素，因此還在施工過程中對結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測，以獲得結(jié)構(gòu)實(shí)際的變形和受力情況。A.變形監(jiān)測監(jiān)測施工過程中主桁架變形值是否和理想的計(jì)算值一致，將每個(gè)切割過程中的實(shí)測變形值和理論計(jì)算的預(yù)拱值進(jìn)行比較，以便采取相應(yīng)措施來控制結(jié)構(gòu)變形，順利完成工程施工。B.應(yīng)力監(jiān)測大跨度桁架在切割過程中具有疊加性和反復(fù)性，用應(yīng)力監(jiān)測
本發(fā)明中，對大跨度桁架的弦桿進(jìn)行帶載切割時(shí)，結(jié)構(gòu)在切口處會(huì)有錯(cuò)位現(xiàn)象，我們將在主桁架弦桿下方設(shè)置千斤頂將桁架的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。桁架全部切割完畢后，全部荷載將傳遞到下方的支撐架及滑移鋼梁上。由于桁架的特殊性，大跨度桁架在不同的切割階段，其變形具有疊加效應(yīng)和反復(fù)性，因此本發(fā)明還采用有限元計(jì)算軟件，對結(jié)構(gòu)切割全過程進(jìn)行仿真分析，從而確定結(jié)構(gòu)的預(yù)變形值。結(jié)構(gòu)的預(yù)變形值的取值大小與切割流程緊密相關(guān)，因?yàn)樵诓煌那懈铍A段，結(jié)構(gòu)自身的剛度、受力狀態(tài)有著很大的差異，結(jié)構(gòu)變形分布情況也有著顯著變化。因此，結(jié)構(gòu)的預(yù)變形值必須根據(jù)切割流程中結(jié)構(gòu)的變形情況來確定。在完成跨中桁架下弦桿切割后，桁架在自重作用下會(huì)擠壓下部的支撐架，從而會(huì)使切割后桁架的標(biāo)高低于設(shè)計(jì)標(biāo)高，因此，在主桁架切割完畢后，在支撐架頂部設(shè)置千斤頂，將桁架向上頂升一定的距離。
在主桁架切割過程中，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了變形及內(nèi)力的監(jiān)測，獲得結(jié)構(gòu)實(shí)際的變形和受力情況，保證切割過程中結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)，現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)施工過程仿真分析的精確性。以上監(jiān)測內(nèi)容貫穿于整個(gè)施工過程。
權(quán)利要求
1.一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于包括如下步驟第一步、在既有主桁架下方搭設(shè)支撐架，用千斤頂在支撐架上將跨中桁架向上頂升一定的距離，此時(shí)外側(cè)柱腳內(nèi)力最小，同時(shí)桁架部分荷載轉(zhuǎn)移到支撐架上；第二步、跨中桁架向上頂升后，根據(jù)有限元計(jì)算分析，外側(cè)柱腳弦桿內(nèi)力很小，采用磁力切割機(jī)將外側(cè)柱腳弦桿及柱腳腹桿切割，同時(shí)在柱腳處放置滑移鋼梁；第三步、通過有限元計(jì)算軟件分析出跨中桁架內(nèi)力小的桿件，并將其切割； 第四步、通過有限元計(jì)算軟件再次分析出跨中桁架中其余內(nèi)力小桿件，并將其切割，經(jīng)過多次重復(fù)，直至跨中桁架完全切斷，此時(shí)跨中桁架荷載轉(zhuǎn)移到下部的支撐架上；第五步、切割內(nèi)側(cè)柱腳弦桿，此時(shí)桁架全部切割完畢，桁架自重全部安全轉(zhuǎn)移到下部支撐架及滑移鋼梁上；第六步、在柱腳處安裝液壓爬行器，將切割下的桁架按照滑移設(shè)計(jì)要求滑移所需距離， 并將柱腳進(jìn)行焊接固定；第七步、采用汽車吊，高空補(bǔ)裝滑移出去后所需擴(kuò)建的桁架； 第八步、進(jìn)行卸載工作，拆除主桁架下方的支撐架及滑移設(shè)施。
2.如權(quán)利要求1所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述的第1步中支撐架是以力學(xué)模型建立穩(wěn)固的基礎(chǔ)，運(yùn)用MADIS計(jì)算軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)而成，設(shè)計(jì)時(shí)考慮的荷載包括恒載、活荷載、風(fēng)荷載、列車駛過的氣動(dòng)力產(chǎn)生的水平風(fēng)荷載、地震作用、支座沉降的影響、列車駛過的振動(dòng)作用、上部桁架滑移施工過程對支撐架系統(tǒng)的影響及支撐架整體穩(wěn)定性屈曲分析。
3.如權(quán)利要求2所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述的風(fēng)荷載
4.如權(quán)利要求2所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述水平風(fēng)荷載， 考慮列車以300km/h經(jīng)過時(shí)的風(fēng)壓，駛過列車產(chǎn)生氣動(dòng)壓力和氣動(dòng)吸力，由于氣動(dòng)吸力與支撐架所受剪力方向相反，對計(jì)算支撐架有利，故不考慮氣動(dòng)吸力，僅考慮氣動(dòng)壓力作用； 根據(jù)相關(guān)規(guī)定，水平氣動(dòng)壓力作用在軌道頂之上的最大高度為5m，且有無站臺(tái)雨棚的存在， 需考慮乘以1. 5的阻擋系數(shù)；時(shí)速350KN的駛過列車中心線距構(gòu)件邊緣距離為5米，則產(chǎn)生的水平氣動(dòng)壓力為0. 72KN/ Itl2，則計(jì)算基本風(fēng)壓為
5.如權(quán)利要求1所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述支撐架計(jì)算時(shí)考慮加大荷載作用、設(shè)置較為保守的安全富余度，來保證支撐系統(tǒng)和鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在施工過程中的安全性，計(jì)算時(shí)，考慮以下荷載組合①1. 35D+0. 98L②1. 2D+1. 4L③1. 2D+1. 4L+0. 84W@ 1. 2D+0. 98L+1. 4W(5) 1. 2D+1. 4Δ⑥1. 2 (D+0. 5L) 士 1. 3Eh⑦1. 0D+1. 4L⑧1. 0D+1. 4L+0. 84W⑨1. 0D+0. 98L+1. 4W(10) 1. 0 (D+0. 5L) 士 1. 3Eh其中，D代表恒載，L代表活荷載，W代表普通風(fēng)荷載和駛過列車氣動(dòng)力產(chǎn)生的風(fēng)荷載， H1代表水平地震作用，△代表支座沉降作用。
6.如權(quán)利要求1所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述主桁架頂升前先將整榀桁架在MADIS軟件中建模，分別將主桁架向上頂升10mm、20mm和30mm，得出向上頂升時(shí)外側(cè)柱腳內(nèi)力最小的頂升距離，然后將跨中桁架向上頂升，轉(zhuǎn)入步驟2。
7.如權(quán)利要求1所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述步驟2中的柱腳設(shè)為滑移主動(dòng)點(diǎn)，跨中桁架切斷后架設(shè)在支撐架處為滑移跟隨點(diǎn)；主動(dòng)點(diǎn)處包括鋪設(shè)固定在地面上的路基箱、布置在路基箱上的主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁、安裝在主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁上支承桁架的主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)、以及固定在主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁上，推動(dòng)桁架移動(dòng)的液壓爬行器；跟隨點(diǎn)包括布置在支撐架上的跟隨點(diǎn)滑移鋼梁，安裝在跟隨點(diǎn)滑移鋼梁上支承桁架的跟隨滑移機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述的主動(dòng)點(diǎn)滑移鋼梁和跟隨點(diǎn)滑移鋼梁上表面鋪設(shè)一層不銹鋼板。
9.如權(quán)利要求7所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述的主動(dòng)滑移機(jī)構(gòu)和跟隨滑移機(jī)構(gòu)相同，包括支撐待滑移的桁架的支架，以及貼覆在支架底面、用于在不銹鋼板上滑動(dòng)的聚四氟乙烯板。
10.如權(quán)利要求1所述的一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，其特征在于所述步驟8中首先將全部支撐架桁架在有限元計(jì)算軟件里進(jìn)行支撐架全部拆除后的計(jì)算，得出每榀主桁架跨中擾度最大值；然后用支撐架上千斤頂將主桁架向上略微頂升，頂升至即將脫離支撐架即可；將第一榀桁架進(jìn)行卸載，卸載的高度為上述計(jì)算擾度最大值的一半；接著將第二榀桁架卸載，卸載的高度同樣為上述計(jì)算擾度最大值的一半；將第一榀桁架再卸載擾度最大值的一半，此時(shí)，第一榀桁架已經(jīng)全部卸載完畢，其下方的支撐架可以全部拆除；將第三榀桁架開始卸載擾度最大值的一半，此時(shí)，第三榀桁架與第四榀桁架標(biāo)高相差擾度最大值的一半，第三榀桁架與第二榀桁架標(biāo)高一致，第二榀桁架與第一榀桁架標(biāo)高相差擾度最大值的一半，各榀桁架之間標(biāo)高呈階梯狀；將第二榀桁架再卸載擾度最大值的一半，此時(shí)，第二榀桁架已經(jīng)全部卸載完畢，其下方的支撐架也可以全部拆除；然后將第四榀桁架也按照上述方式卸載，重復(fù)上述步驟，將每榀桁架呈階梯狀進(jìn)行卸載，直至全部桁架卸載完畢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種既有大跨度桁架擴(kuò)建方法，包括如下步驟在既有主桁架下方搭設(shè)支撐架，跨中桁架向上頂升，將桁架進(jìn)行切割，桁架自重全部安全轉(zhuǎn)移到下部支撐架及滑移鋼梁上；在柱腳處安裝液壓爬行器，將切割下的桁架按照滑移設(shè)計(jì)要求滑移所需距離，在高空補(bǔ)裝滑移出去后所需擴(kuò)建的桁架，最后拆除主桁架下方的支撐架及滑移設(shè)施。本發(fā)明直接對既有的大跨度桁架進(jìn)行切割、滑移的擴(kuò)建方式，因此整個(gè)施工工期大為縮短，節(jié)省了大量的人力。將既有的桁架完全重新利用，節(jié)省了大量鋼材的消耗，資源得以重復(fù)利用。設(shè)計(jì)充分考慮了各個(gè)方面因素，安全性能高，質(zhì)量可靠。保障了施工的安全，避免嚴(yán)重事故發(fā)生。
文檔編號(hào)E04G23/02GK102364012SQ20111013723
公開日2012年2月29日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者劉中華, 吳偉杰, 李建洪, 洪國松, 胡向萍, 鄭雪祥, 高良, 黃利順 申請人:浙江精工鋼結(jié)構(gòu)有限公司