大跨度连廊钢结构临时支承体系施工阶段计算分析
王 晋,马天龙,李玉强,张海波
【摘 要】摘 要: 某项目连廊钢结构跨度达到40 m，宽度达到36.4 m，高度达到28.65 m，由5榀南北向重型桁架及桁架间水平楼面梁组成，现场采用“胎架支承，高空原位拼装法”进行安装。对临时支承体系进行了设计，并利用有限元分析与设计软件MIDAS和ABAQUS验算了施工工况下临时支承体系的强度、变形和稳定性，验算了临时支承体系下方混凝土结构的变形。此外，通过数值模拟分析，确定了连廊竖向变形的监测位置，保证了连廊钢结构安装和卸载的精度和安全，取得了良好效果。 【期刊名称】建筑钢结构进展 【年(卷),期】2018(020)003 【总页数】7
【关键词】关键词: 大跨度连廊钢结构; 临时支承体系; 数值模拟; 稳定性验算
1 工程概况
随着空间结构的不断创新,大跨空间结构成为反映一个国家建筑科学技术水平的重要标志[1]。大跨度空间结构体型庞大、复杂,对于施工技术要求较高[2]。某项目连廊钢结构由5榀南北向重型桁架及桁架间水平楼面梁结构组成(图1),连廊平面尺寸为36.4 m(东西向)×40.0 m(南北向),顶部标高为+28.650 m。中间3榀桁架结构高度为16.94 m,结构形式为底层桁架“F2～F3”+2层框架“F3～F5”,主要构件为大尺寸箱形截面。两侧桁架结构高度为10.82 m(F3～F5),主要构件为焊接H形截面。位于结构西侧+15.800 m标高位置分布1根长约46 m,截面为800 mm×20 mm的大跨度圆管钢梁,梁体两端通过箱形悬臂
梁段与连廊劲性钢柱相连。
2 连廊安装方法概述
连廊钢结构采用“胎架支承,高空原位拼装法”安装[3]。胎架主要有占地少、对道路交通影响小、便于装卸、运输和安装等优点[4]。为了使结构便于起拱,在每榀桁架的分段位置附近安设临时支承胎架,每榀桁架下设2组胎架,一共10组胎架,为连廊钢结构的安装提供临时支承。临时支承对于承载结构的自重和结构施工状态下产生的荷载,具有重要的作用[5]。
连廊下部为规划道路,施工前对规划道路范围内地下室顶板进行回填处理,采用2台150 t汽车吊+塔吊作为主要吊装机械,平面上由位于中部的桁架向两侧桁架展开施工。
3 临时支承胎架设计
3.1 底座
连廊支承胎架采用重型格构柱式支承,支承胎架的布置原则为尽量将胎架主肢钢管设置在混凝土梁柱之上,对无法满足此原则的胎架设置转换梁结构,将主肢钢管的荷载传递到混凝土梁柱上。 3.2 胎架标准节和非标准节
胎架标准节按高度分为2种,分别是4 m标准节和6 m标准节。标准节采用片式单元设计,每个标准节由2片焊接单元和缀条杆件拼装而成,钢管缀条和片式单元采用螺栓连接,方便运输、安装及拆卸。标准节之间采用法兰螺栓连接。非标准节规格为325 mm×12 mm圆管,单个胎架4根管,高度不超过0.7 m时不设置斜撑。 3.3 顶梁
胎架顶部设置田字形顶梁,以便将上部荷载进行均匀的分配和传递。 3.4 工装
胎架上部工装包括3部分,分别是工装转换柱、工装转换梁和工装支承。其中,工装转换柱,规格为325 mm×12 mm圆管,单个胎架3根管,高度不超过0.7 m不需要设置斜撑。工装转换梁,规格为HW 350 mm×350 mm×12 mm×19 mm型钢,单根长度为3.3 m,单个胎架1根。工装支承,规格为HW 350 mm×350 mm×12 mm×19 mm型钢,单根长度为0.8 m,单个胎架1根。
4 受力分析
该工程施工胎架为临时性结构,胎架从开始安装至完全卸载的工作期限不超过4个月,要针对胎架在各种工况下的稳定性进行验算。采用有限元软件MIDAS/Gen 7.8进行临时支承结构分析。软件中荷载输入单位采用kN;长度单位采用mm;应力单位采用N·mm-2。采用有限元软件ABAQUS 13.0进行临时支承下部混凝土结构分析。软件中荷载输入单位采用N;长度单位采用mm;应力单位采用N·mm-2。 4.1 荷载工况及荷载 4.1.1 荷载工况
临时支承主要承受分段钢桁架自重、胎架自重、风荷载[6]。该工程结构分析及设计所涉及的荷载工况包括4种类型,如表1所示。
将临时支承结构底座产生的最大作用力和弯矩施加在下部混凝土结构中。 4.1.2 荷载说明
(1) 恒荷载DD:结构自重,程序自动计算。 (2) 恒荷载DL:为临时支承结构顶部反力。
大跨度连廊钢结构临时支承体系施工阶段计算分析
