钢网架结构整体提升技术及仿真研究

纪冬岭

（中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院,黑龙江 哈尔滨150006）

为了保证钢网架结构的提升效果和安装质量,一方面要求现场施工人员必须熟练掌握各个流程中的技术要点,包括前期的拼装、焊接,以及在提升过程中采取测量控制技术等。另一方面还必须结合工程实际情况,提前开展仿真研究,根据分析结果制定施工方案,确保钢网架结构的施工质量安全。

1 钢网架结构施工计算模型

通过模型的计算与分析,对钢网架的安装提供必要的参考。以建筑所受荷载为例,设计专门的荷载模型,可以对钢网架结构不同位置的恒荷载、活荷载以及动力效应等全部直观的展示出来。这样在实际安装施工时,将实际荷载控制在模型计算数值以内,从而保证了钢网架结构安全。在模型设计时可以借助BIM软件,根据工程设计方案、明确各部位的详细参数,可以得到钢网架的三维模型。

2 钢网架结构的施工技术

2.1 施工现场平面布置

采用整体吊装的方式,必须提前做好现场平面布置,为接下来的焊接、拼装以及吊升等操作创造良好的条件。首先是进行现场平面分区,按照钢网架的平面尺寸,分成3 个区域,其中1#区域钢网架的规格为40×60=2400m2,现场需要设计15 组拔杆完成吊装；2#区域钢网架的规格与1#区域相同；3#区域钢网架的规格为52×108=5616m2,现场需要设计21 组拔杆完成吊装。钢网架施工所需的各类材料、机械等也应当注意分区域存放。

2.2 钢网架吊升技术

钢网架完成焊接之后,利用设备完成吊升。整体吊升除了要熟悉整个操作流程外,还要注意以下技术要点：（1）拔杆的位置要以网架荷载分布轴线为参照,左右两侧对称设置,这样可以保证对钢网架的支撑力,对减少吊升过程中因为受力不均匀而出现钢网架变形的问题有一定帮助；（2）在加固现场平面的基础上,还应当在拔杆下方放上一块厚度为3cm 左右的钢板,提高稳定性,防止拔杆受力出现沉陷的情况；（3）拔杆安装时要注意使用测量设备,保证拔杆与地面保持90°；（4）钢网架整体吊升时要注意控制提升速度,水平移动时速度不得超过5m/min,否则可能会产生明显的晃动而增加水平误差。

2.3 钢网架拼装技术

钢网架拼装前,现场拼装人员需要彻底检查并清理拼装平台,然后参考设计图纸,在平台之上进行测量放线。现场搭设拼装台架和临时支撑,并按照从下往上的顺序,依次完成下弦平面网格、垂直支撑腹杆、上弦平面网格的安装,最后将节点进行焊接牢固,使用支座固定后完成钢网架的拼装。除了要按照工艺流程完成拼装任务外,还要加强技术控制,尤其是注意控制误差。拼装人员首先要参照施工规范,明确各部分允许偏差的最大值,然后使用相应的测量方式,将实际误差与允许误差进行对比,对于超出允许范围的进行相应的处理。钢网架允许偏差及测量方法如表1 所示。

表1 钢网架允许偏差及检测方法

2.4 网架的焊接工艺

完成基础材料准备和现场布置后,开始进行钢网架的焊接。焊接前要注意清点各类材料和机具是否准备妥当。例如选用Φ3.6mm 的E50 焊条,除了焊条烘箱外,还有磨光机、碳弧气刨等常用工具。明确焊接顺序（如图1）,注意检查钢材表面有无生锈、油垢等情况,如果有需要清理干净后再进行焊接,保证焊接质量。

图1 钢网架焊接顺序

采用定位焊的方式,同一焊接球上有多根焊条的情况下,要注意调节焊接顺序和焊接角度。遵循“先仰、后立、再平”的顺序依次完成焊接。完成焊接之后,还要检查焊条与焊接球接触的部位,是否存在熔渣或者是未焊透等情况。根据实际检查结果对异常情况做相应的处理。焊接方式如图2 所示。

图2 球- 杆对接焊接方法示意图

钢网架各处按照要求焊接完毕之后,现场焊工还应对焊接质量进行一次全面的检查。借助于超声波探伤设备,能够更加直观的发现是否存在裂缝、漏焊、未焊透等一系列质量缺陷。根据无损检测结果,对不符合质量要求的焊接部位进行相应的处理。例如,根据无损检测发现有一处碳弧气刨除去不合格焊缝,导致该区域的荷载能力达不到设计标准,后期受到压力、拉力后很容易出现断裂。因此采用填塞钢板加固处理。将焊缝位置的钢管纵向切开,在切口处填塞一块厚度约为15mm 的钢板,然后重新进行焊接（如图3）,之后再次检测,焊接质量完好,荷载达到设计标准。

图3 填塞钢板处理不合格焊缝

3 钢网架结构整体提升阶段的关键技术

3.1 正式提升过程控制

现场同时使用2 台及以上的液压提升机,需要在每台设备上分别安装一台行程传感器。所有传感器检测到的信号全部反馈给终端计算机。计算机通过分析参数,然后分别发送调控指令,保证了多台液压提升机能够同步作业,一来可以实现同步提升,二来也有效地控制了误差。按照提升速度的不同,整个行程分为三个阶段,第一阶段是缓慢加速阶段,在加速到一定速度后,进入匀速运行阶段。第二阶段,在接近钢网架吊升高度2m后,开始进入缓慢减速阶段。第三阶段,在平台作业人员的协调下,精准、平稳的完成钢网架的吊装。

3.2 同步提升测量控制技术

对于超大规格的钢网架,通常采取区域拼装、分片提升、高空拼接的模式。这种模式下如何保证高空对接的精准性就成为必须要关注的问题。在同步提升时,使用全站仪无棱镜辅助进行测量,让计算机可以精准的掌握钢网架提升的位置参数。同步发送调控指令,让每一片网架都能够在制定的位置固定,后期再进行统一的焊接,形成一个牢固的整体。

4 大跨度钢网架结构整体提升施工仿真研究

4.1 有限元模型建立

使用有限元软件建立模型,主要有两部分组成,其一是物理模型,主要用于分析材料组成、截面和受力分析；其二是几何模型,主要用于分析节点构造、结构连接等。通过两种模型的组合,更加直观的反映出钢网架结构的受力情况,为下一步施工提供了必要的参考。

4.2 提升架施工仿真分析

考虑到钢网架的规格较大、形状复杂,需要采用仿真分析的方式,更加直观的展示各个区域的应力集中情况,然后在仿真模型上确立最佳的吊点。参考仿真模型可以为实际吊装施工提供必要的参考,保障现场作业安全和工程质量安全。图4 为某钢网架提升吊点的分布图。

图4 钢网架吊点位置分布图

5 结论

钢网架作为现阶段大跨度建筑中常用的一种结构形式,其提升吊装是施工中的关键点。除了要掌握拼装、焊接、吊升等关键技术外,还必须通过仿真研究确定受力形式和吊点位置,以仿真模型为参考指导施工开展,才能切实提升钢网架的质量。