浅谈大跨度筒壳网架结构的施工过程分析

2014-02-18蒯志良黄森

城市建设理论研究 2014年5期

关键词：拉索网架跨度

蒯志良黄森

摘要：文章主要简述了大跨度筒壳网架施工过程分析及相应技术措施

关键词：大跨度空间网架结构施工过程分析

中图分类号：TU356 文献标识码： A

随着社会的快速发展，对能源、基础建设需求日益增加，以及国家对环境的重视，电力、煤炭、水泥等行业中大型储煤储料设施也得到了很大的应用。其中大跨度筒壳网架就是最为常用的结构形式。网架结构有着受力性能良好，且工厂机械化程度高，施工速度快等优势。

在常用的网架计算方法中，对于网架的分析是基于一次成型，对整体结构进行分析，而在实际施工过程中往往采用的是网架高空散装或者是分段安装的施工方法，这样的施工方法并不符合网架结构计算时所考虑的一次成型分析方法，在实际分析过程中发现施工方法的选择对于大跨度筒壳结构网架的施工安全起到了重要作用。国内很多大跨度网架的垮塌就是在施工过程中发生的，因此网架结构的施工过程分析对于网架施工安全起到了举足轻重的作用。下面就以某发电厂干煤棚网架为例，简述一下大跨度网架的施工过程分析。

一、工程概况

该发电厂干煤棚网架工程，位于浙江省东南部的温州地区的苍南县，东临东海，北临琵琶门，与北面的琵琶山隔海相望，西南、西都为山体。厂址距西面的舥艚约为5公里，距西北面的龙港镇约为18公里，距灵溪镇约为29公里，距温州市约为75公里。

网架基本形式为正方四角锥桶壳，上下弦支撑，抗震烈度6度，结构设计年限50年，网架的结构跨度112米。采用螺栓球和焊接球混合连接方式，网架水平投影面积12544平方米。（图1）

图1整体轴侧几何构型

二、分析思路

结构计算采用有限元分析程序MIDAS/GEN7.9.5对结构进行分析计算，MIDAS程序中采用空间有限元模型，网架施工采用悬挑安装的方法，按施工步骤施加结构和荷载的分析方法。以跨度方向1-3个网格为一个施工步骤，逐一进行结构的受力分析。根据结构受力分析数据判断施工过程的合理性。参考每一步骤网架支撑点的反力确定施工所使用的吊车大小及吊点位置，整个分析过程完全模拟实际施工条件及施工方法。

三、分析过程

所有施工阶段考虑的荷载均为结构自重，以一端网架支座为起步支撑点，拉索施张在第二排下弦球与第17、23排下弦球各2道。

为了保证网架的侧向稳定，网架安装起步时纵向宽度选取五个网格宽度，为了防止吊车选用过大，在安装过程中网架纵向宽度逐渐减小为三个网格宽度。

以第一步为例网架左侧支撑点为固定旋转轴（图2），右侧为吊点及安装位置，每一个施工步骤的吊点的设置及安装顺序都按照分析计算时的假定条件。通过对结构模型的分析，提取支座反力及各杆件内力，反力大小决定安装时吊车的提升力，杆件内力决定是否在安装中有超应力杆件（图3）。如果存在超应力的杆件，通常的调整办法有两种，方法一直接加大超应力杆件，但是会导致应力重分布，从而产生新的超应力杆件，如果应力重分布后，未发现超应力杆件，此方法可行。方法二重新选择吊点，这样可以避免结构的变动，但是选择合理的吊点需要多次的尝试，需要根据经验判断。

随着安装的进行，网架在跨度方向的变形会加大，通过采用张拉索来控制网架跨度方向的变形量，根据分析结果，拉索施张在第二排下弦球与第17、23排下弦球各2道可以有效控制结构跨度方向的变形量（图4），分析模型，提取支座反力、杆件内力及拉索内力（图5），根据以上数据判断该施工步骤是否合理，安全。以此类推，直至整个网架在跨度方向顺利合拢。

考虑到网架杆件的连接是采用螺栓球节点连接，网架用高强螺栓是连接节点的关键构件，在施工过程中必须验算高强螺栓的受力，通过每个步骤的分析计算提取每个步骤的杆件内力，该内力即为螺栓的受力，保证杆件和螺栓的受力在规范所要求的范围内。

对于网架的整个施工过程，除了网架杆件和螺栓的应力需要验算，网架安装过程中的变形量也需要控制在一个合理的范围内，安装过程中变形量决定后期网架安装的顺利进行，所以在施工过程分析时除了以上所述的拉索张拉控制以外，可以考虑在网架跨中使用吊车提升，在保证杆件和螺栓安全的情况下，有效控制安装过程的变形量。

图2第一步支撑位置

图3第一步支撑点最大竖向反力为60.3KN，最大跨向推力8.1KN

第一步最大拉应力杆件

单元编号长度外径壁厚截面面积回转半径长细比拉力拉应力

2396 4720. 219.0011.507496.673.4764.210.0001.334

第一步最大压应力杆件

单元编号长度外径壁厚截面面积回转半径长细比稳定系数压力压应力

2462 6588. 219.00 6.504339.375.1787.6.63694 -30.000 10.854

图4吊点最大反力为91.5KN,最大跨向推力3.6KN

图5最大拉索内力为12.0KN