采用液壓設備進行鋼結構施工的關鍵技術及力學分析

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主要設備 采用液壓設備進行鋼結構施工主要用于鋼結構提升(頂升)、滑移、卸載等。 對應的液壓設備分別是液壓提升器、液壓爬行器或牽引器、液壓千斤頂。     基本特點 液壓設備運行平穩，可靠性好，速度一般控制在8~18m/h。 按既定的路線運行，一般偏移角度控制在5º。     爬行器一般放置在軌道上，沿軌道運行；軌道可以是直線或曲率半徑較大的曲線；     提升器或牽引器通過鋼鉸線與隨動結構相連，一般只能夠直線運行； $ j; D& n  J$ ?6 B9 v    液壓千斤頂一般直接與結構連接，自身運行方向固定，隨動物體最大可傾斜5º。 隨動物體與液壓設備一起構成機構，力學分析模型的約束較難設定。     對于采用柔性連接(一般為鋼鉸線)的體系，可以考慮采用軌道限制其運行方向；     由于運行緩慢，可以采用靜力計算方法。 , _( n  R6 d# Q9 g( Z  y7 } 可以采用計算機控制，同步性較好，可以在遠離施工點進行監控。 局部荷載較大，局部承載點設計非常關鍵。     液壓提升 . x* o- k( ]' o3 C9 }+ V 液壓提升常用于大型龍門吊安裝、桁架安裝等。 長興島200t龍門吊安裝過程說明。     液壓提升實例——龍門吊安裝。 , |! D$ L4 x/ K* e# A, ^* o! X& o     支撐塔架設計要點： / ?7 `, ^. m  L, k, H     1. 風荷載取值：提升時間大約為7~15天，但塔架會重復使用，按10年重現期考慮。 ) s/ A! H3 q8 j    2. 組合系數取值適應：以恒載及風荷載為主要荷載，1.35恒載、1.2恒載+1.4風荷載     3. 由于塔架高度較高，一定要考慮其穩定性，但為了避免設計過大，要考慮纜風作用 8 Q$ v2 w, k1 p1 r- A1 q/ E3 v    4. 要按格構式柱計算滿足規范要求，同時要進行有限元分析，考慮與纜風的共同作用 ) F- ~' ^- A2 h    5. 為了重復使用，考慮到加工與安裝的方便，采用標準節與非標準節相結合的方式 8 }" y3 N4 m* M7 C" Y    6. 控制加工與安裝偏差，避免產生過大的次彎矩。 提升梁設計要點： * y/ n& c* a  b; w2 L' o3 v     1. 設計重量要滿足吊裝要求，但設計過大時，可以考慮采用雙梁和分段；     2. 手算時要求滿足強度、剛度、整體穩定性及局部穩定性的要求； 4 f' {" p3 M8 g# z, ^, o9 Y% E    3. 考慮油缸及支座處局部荷載過大，通過局部加勁加密滿足局部強度及穩定性要求。     大梁主吊點設計及大梁本身加固： ' C2 t1 Y2 k$ i     1. 大梁上翼緣較薄，一般為14~20mm，但承載力要達到250t以上，吊點及大梁加固要統籌考慮。最好是在大梁設計時能夠同時考慮大梁安裝的要求 。     2. 盡可能增加主吊耳的板件數量，減少板件厚度，吊耳板能夠伸入大梁內部，能夠連接到大梁側面腹板上；     3. 主吊耳的凈截面滿足承載要求，銷軸抗剪強度與孔壁承壓強度滿足規范要求； 8 u- c6 q4 [  S9 P1 h    4. 要對主吊耳與大梁加固的部分進行有限元分析，分析的范圍至少是加固區域的3倍，約束條件要適當，采用板殼單元更為合理與實用。 7 U" X8 a* S5 ^  I  u 滑移小車設計要點：     1. 要考慮小車與地面鋪設鋼板之間的摩擦，防止小車的前傾與后翻；     2. 除了局部強度及穩定性的要求外，要對小車進行有限元分析；     3. 提升過程中，采用卷楊機牽引時要控制剛腿兩個點的同步，與大梁提升密切配合。         主吊點與鋼鉸線錨具的連接     剛性腿滑移小車可以考慮采用成品的滑移小車代替。         剛性腿滑移小車的安裝     滑移實例——五棵松藍球館         五棵松藍球館雙向正交桁架         滑移過程：中滑道及樹狀支撐   五棵松藍球館滑移概述： 4 m( R/ A3 t; [  p) d& H3 V     1. 由于滑移過程緩慢，可以采用靜力分析。 , G5 a% s( _' d; H: j    2. 通過計算，認為滑移過程中變形過大，因此增加中間滑道； $ A- Q3 d9 o  {7 e  b1 z" J$ w    3. 采用三滑道六軌道，對滑移過程中的同步性要求較高；     4. 由于桁架下弦標高不一致，因此采用樹狀支撐進行調平。 ( l% a0 X5 B! U% t0 S% e! Y    5. 爬行器的推力作用于樹狀支撐底部，因此將前后支撐連接起來，以保證滑移過程中的平穩性。 滑移分析要點：     1. 爬行器的荷載作用為主動荷載，可以考慮采用桿件的初始應變進行模擬；當然最好開發一種新單元模擬。 ' l) @6 k" [8 \    2. 對遠離爬行器的位置施加水平約束。 ; q" {/ F: a2 w  @8 [4 U# l7 F* `         軌道、樹狀支撐及爬行器         館外拼裝胎架 滑移安裝方法的特點：     1. 滑移過程可以通過爬行器推動，也可以通過油缸和鋼鉸線牽引實現。 0 u6 |% d: B" H1 D! d; W9 `    2. 滑移安裝時要求的作用面較少，較為穩妥，但難以鋪開作業； - A" D1 W: \% x1 z5 d8 {: ]    3. 由于軌道面一般不為結構面，滑移就位后還要進行卸載。         鄭州機場鋼結構滑移     卸載過程 4 R+ H' P- d& m% C7 v- } 采用液壓設備進行卸載的要點 ! n7 ?% t4 O5 @. O, s, o     1. 液壓設備的選用與初始壓力、卸載過程中的壓力相關；     2. 總卸載位移量要考慮結構初始變形、卸載完成之后的變形以及支撐部分的變形；     3. 采用整體同步卸載比分塊同步卸載有利，但要實現整體同步卸載要求每個卸載點的油缸有一個油泵供油。 7 I$ M/ s, W- i    4. 采用分塊卸載時，要經過復雜的卸載分析比較才能夠確定卸載順序；     5. 由于液壓設備的位移量控制精度在5mm左右，因此一般要采用其它方法來控制單步卸載量；     6. 為了保證卸載的同步性，每個點每一步的卸載量應該根據計算明確，并且以mm為單位進行控制；要根據確定之后的卸載量進行卸載分析。 / i) W5 B* d& E* W+ V4 h    7. 采用力與位移的雙重控制，前者通過計算機控制，后者通過人為(抽墊片)控制。     卸載實例——國家體育場卸載         國家體育場卸載之前         國家體育場卸載支撐點與頂升點 國家體育場卸載分析要點     1. 軟件選用：最好采用ANSYS，可以通過編程方式(ANSYS命令流：APDL語言)來完成整個過程分析，因為APDL可以實現多荷載步分析、自動提取結果；     2. 應該考慮支撐塔架剛度的影響，支撐塔架本身也會變形，對卸載量有影響； ' Z" f% U6 x$ J# e  u4 E    3. 油缸的頂升過程比卸載過程需要承受的荷載更大，在實際實施時頂升比下降要困難，因此頂升分析更要引起重視。 " `" A3 L  V  F- }" O. @" S- k    4. 由于頂升與下降過程中在支撐點與油缸之間存在荷載轉移，前者為被動荷載，而后者為主動荷載。為了精確考慮兩者的作用，開發一種新的單元會使分析更加精確； 6 T- \1 I' |7 `2 f% R6 y    5. 結構在卸載過程的脫開，使卸載過程表現出非線性的特點，在分析時要特別加以注意；     6. 卸載支撐點與油缸作用點的局部荷載較大，應該進行局部分析，一般盡可能使荷載作用于桁架內部加勁的位置。   j: z' e7 z( j$ |, Q2 Y         國家體育場支撐塔架上卸載點         國家體育場卸載點(200t油缸)     提升及滑移實例——煙臺橋吊 煙臺萊褔士船廠2萬噸多吊點橋吊的提升、滑移與卸載 * B" U9 r9 F4 _8 e     1. 采用大型混凝土立柱，兩根橫梁，橫梁高度18m、寬度4.65m、長度130.6m，加上內部設備及外部的大型滑輪組重量為4200t，兩根大梁分別提升的高度為74.5m和104.5m，然后滑移到支座位置；     2.在混凝土立柱的中間有一凹槽，槽口內在混凝土頂部橫架兩根提升梁，梁上有4個350t液壓提升器。大梁采用提升托梁托住，與提升器的鋼鉸線連。 - _2 C* E: K9 E5 T0 _$ t2 U3 z     & u: u* l) K& S% a+ d         3. 大梁滑移是在滑移梁上進行的，滑移梁第一段兩端在混凝土立柱的凹槽兩邊。因此大梁提升時帶了滑移梁第一段。     4. 提升托梁采用中間凸出1.3m高度，這樣大梁底面高出支座頂面； % d7 b5 \0 P. \$ ~2 n6 I: i2 c    5.滑移梁的頂面采用傾斜面，在滑移過程中大梁沿傾斜面逐漸下降，到達支座時滑移到支座頂面。 ; P' g) b( T9 ~$ o. B    6. 滑移采用鋼鉸線牽引。

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