具体实施方式
本发明既有大跨度桁架结构扩建用切割滑移方法在对大跨度桁架结构沿跨度方向进行外扩中使用,如图3,它包括如下步骤:
步骤一:在将对主桁架进行切断的断开处的左右两侧下方搭设支撑架,该断开处一侧的部分为将要向外滑移的桁架结构移动部分,该断开处另一侧的部分为固定不动的桁架结构非移动部分,桁架结构非移动部分包括主桁架部分以及相应的柱脚,桁架结构移动部分包括主桁架部分以及相应的柱脚;
步骤二:在该支撑架上设置千斤顶,该千斤顶将该主桁架向上顶升一个合理距离,以使该主桁架处于合理扩建高度,以及使得该桁架结构移动部分的柱脚的外侧弦杆此时为该桁架结构移动部分中内力最小的部分;
步骤三:在与该桁架结构移动部分相对应、位于其下方的该支撑架顶部设置金属板,水平放置的该金属板上设置使该桁架结构移动部分的主桁架部分保持合理扩建高度的支托,该支托与该桁架结构移动部分的主桁架部分固定连接;
步骤四:在与该桁架结构非移动部分相对应、位于其下方的该支撑架顶部设置使该桁架结构非移动部分的主桁架部分保持合理扩建高度的支托,该支托可不与该桁架结构非移动部分的主桁架部分连接;
步骤五:切断该桁架结构移动部分的柱脚的外侧弦杆和柱脚腹杆,与此同时,在该柱脚处沿跨度方向(也可为沿滑移方向)放置滑移钢梁,该滑移钢梁上设置轨道梁,并且,在该桁架结构移动部分的柱脚的外侧弦杆与该外侧弦杆相对应的内侧弦杆之间设置连梁,该连梁与该外侧弦杆及该内侧弦杆固定连接,该连梁的作用是在滑移移动该桁架结构移动部分时,保持其柱脚移动的稳定性,该连梁位于该轨道梁上且紧贴该轨道梁;
步骤六:通过有限元计算仿真分析算法计算该断开处的上弦杆、主桁架腹杆、下弦杆的内力大小,对该断开处的上弦杆、主桁架腹杆、下弦杆按照内力由小到大的顺序依次进行切断,此时,该桁架结构移动部分的主桁架部分的荷载经由其下方的支托转移到支撑架上;
步骤七:切断该桁架结构移动部分的柱脚的内侧弦杆,此时,该连梁完全落到该轨道梁上,该桁架结构移动部分的全部荷载安全转移到支撑架及滑移钢梁上,上述进行的带载桁架切割方式不会发生因荷载突然释放而使既有大跨度桁架结构产生整体失稳的现象;
步骤八:在该轨道梁上安装爬行器,该爬行器的顶推端与该连梁固定连接;
步骤九:在滑移目标位置上建造与该桁架结构移动部分的柱脚相应的格构柱,该格构柱(公知技术)为利用地脚螺栓临时固定在承台基础上、可与该桁架结构移动部分的被切断的外侧弦杆和内侧弦杆相补接来使该桁架结构移动部分保持滑移后高度的一种建筑结构;
步骤十:通过爬行器的推动,使得该桁架结构移动部分沿跨度方向向外滑移目标距离而滑移至该滑移目标位置,此滑移方向为将该桁架结构移动部分沿跨度方向向外移动的方向。
在实际中,在对大跨度桁架结构的弦杆进行带载切割时,切口处会有错位现象,并且,大跨度桁架结构在多年使用后,其跨中扰度较大,因此,在上述本发明方法中设计了步骤二,用千斤顶将主桁架向上顶升一个合理距离,调整主桁架标高,确保主桁架切割后其标高能符合扩建要求。步骤二中的合理距离是通过有限元计算仿真分析算法(公知算法)计算出的。在千斤顶将主桁架向上顶升前,先对大跨度桁架结构在有限元软件中用有限元计算仿真分析算法建模,模拟将主桁架分别向上顶升多个不同距离(例如10mm、20mm和30mm)后的情形,从而在该多个不同距离中确定出可以使桁架结构移动部分的柱脚的外侧弦杆为内力最小部分的一个最佳值作为合理距离。
在实际工程中,为了确保主桁架顶升过程中支撑架的稳定性,支撑架可设计为圆管支撑架,且支撑架下部采用路基箱与地面连接,以防止支撑架存在不均匀沉降的现象。
在实际工程中,由于大跨度桁架结构的特殊性,大跨度桁架结构在不同的切割阶段的变形均具有叠加效应和反复性,因此,本发明方法中采用了有限元计算仿真分析算法,来对桁架结构切割全过程进行仿真分析,如步骤二、六中,从而确定桁架结构的预变形值,决定如何切割、切割顺序等。桁架结构的预变形值的大小与切割流程紧密相关,因为在不同的切割阶段,桁架结构自身的刚度、受力状态有着很大的差异,桁架结构变形分布情况也有着显著变化。
在步骤四执行后,即该桁架结构移动部分和桁架结构非移动部分的主桁架部分下均设置支托后,便可撤去千斤顶。
在步骤八中,爬行器可为液压爬行器,液压爬行器经由液压阀与泵源系统连接,泵源系统为液压爬行器提供液压动力,另外,对柱脚的外侧弦杆和内侧弦杆的切断一般采用水平切割。
在上述本发明方法中,在桁架结构移动部分滑移前,在桁架结构移动部分上可安装稳固梁,以使桁架结构移动部分在滑移过程中保持稳定。
对于步骤十,在滑移的过程中,与该主桁架部分连接固定的支托与金属板之间进行摩擦滑动,由于该金属板、支托均为金属材料,金属材料间的摩擦力是很小的,因此,该主桁架部分上固定的支托与金属板之间是可以进行顺利滑移的,而轨道梁与连梁之间也进行摩擦滑动,由于该轨道梁、连梁均为金属材料,金属材料间的摩擦力是很小的,因此,该轨道梁与连梁之间是可以进行顺利滑移的。
在上述本发明方法中,步骤三和步骤四与步骤五的顺序可调换,步骤八可移至步骤五后进行,步骤九可移至步骤五或步骤六或步骤七后进行。
在实际工程中,由于施工现场条件的复杂性,仅靠有限元软件的仿真分析是难以模拟现场实际情况的,现场存在着诸多不可预见因素,因此,在本发明方法中,还可对桁架结构移动部分实时进行变形监测以及应力监测,以获得桁架结构实际的变形和受力情况,确保本发明方法的顺利进行。变形监测是监测本发明方法实施过程中主桁架变形值是否与理想计算值一致,以便当发现异常时,采取相应措施来控制结构变形,顺利完成工程施工。应力监测是监测大跨度桁架结构在切割过程中出现的叠加性和反复性是否对本发明的顺利完成产生影响。变形监测和应力监测均为公知技术,在这里不再详述。
在完成上述步骤一至十后,即可进行接长和拆除作业。
接长作业为对该桁架结构移动部分与该桁架结构非移动部分之间出现的断开部分进行高空补装以及对该桁架结构移动部分的柱脚与和其相应的格构柱之间进行连接和补装,主要为:当桁架结构移动部分滑移到位后,着手进行补杆安装,断开部分的补缺采用汽车吊散装的方式进行安装,按先弦杆后腹杆的顺序进行;当桁架结构移动部分滑移到位后,将格构柱中与桁架结构移动部分的外侧弦杆和内侧弦杆相对应的预设柱脚部分提起,进行对接焊接,并在预设柱脚部分的柱脚板下垫上垫板进行点焊固定,以便今后灌浆。
在实际工程中,除了对桁架结构移动部分与桁架结构非移动部分之间出现的断开部分进行高空补装以及对桁架结构移动部分的柱脚与和其相应的格构柱之间进行连接和补装以外,还可以对其他原有腹杆等进行加固处理。
拆除作业为对与桁架结构无关的设施进行拆除作业,即拆除该支撑架、金属板、支托、爬行器、滑移钢梁、轨道梁、连梁以及切断剩下的柱脚部分等,从而使得在进行切割、滑移作业以及接长、拆除作业后,大跨度桁架结构沿跨度方向的扩建作业可以得以完成。
在实际应用中,本发明方法中提到的该大跨度桁架结构由至少一榀桁架结构构成。
如图4至图15所示,图中示出的是针对具有一榀桁架结构的大跨度桁架结构进行切割滑移的方法,该方法的实现流程如下:
步骤一:在将对主桁架40进行切断的断开处20的左右两侧下方搭设支撑架60,即将切割断开的断开处20的左右两侧分为两部分,该断开处20一侧的部分为将要向外滑移的桁架结构移动部分,该断开处20另一侧的部分为固定不动的桁架结构非移动部分,该桁架结构非移动部分包括主桁架部分41以及相应的柱脚42,桁架结构移动部分包括主桁架部分51以及相应的柱脚52,如图4所示。
步骤二:在该支撑架60上设置千斤顶61,如图4和图5所示,该千斤顶61将该主桁架40向上顶升一个合理距离,以使该主桁架40处于合理扩建高度,以及使得该桁架结构移动部分的柱脚52的外侧弦杆521此时为该桁架结构移动部分中内力最小的部分。
步骤三:在与该桁架结构移动部分相对应、位于该桁架结构移动部分下方的该支撑架顶部设置钢板62,水平放置的该钢板62上设置使该桁架结构移动部分的主桁架部分51保持合理扩建高度的支托63,该支托63与该桁架结构移动部分的主桁架部分51固定连接,如图6和图7所示。
步骤四:在与该桁架结构非移动部分相对应、位于该桁架结构非移动部分下方的该支撑架顶部设置使该桁架结构非移动部分的主桁架部分41保持合理扩建高度的支托64,该支托64不与该桁架结构非移动部分的主桁架部分41连接,如图6和图7所示。该桁架结构移动部分和桁架结构非移动部分的主桁架部分下设置支托后,便可撤去该千斤顶61。
步骤五:用磁力切割机切断该桁架结构移动部分的柱脚52的外侧弦杆521和柱脚腹杆522,如图8所示,对外侧弦杆521的切割参见图8和图9中标号21所示位置,与此同时,在该柱脚52处沿跨度方向(也可为沿滑移方向,即图9、图11和图12示出的F方向)放置滑移钢梁73,滑移钢梁73一般应放置在路基台74上,该滑移钢梁73上设置轨道梁72,并且,在该桁架结构移动部分的柱脚52的外侧弦杆521与该外侧弦杆521相对应的内侧弦杆523之间设置连梁71,该连梁71与该外侧弦杆521及该内侧弦杆523固定连接,该连梁71的作用是在滑移移动该桁架结构移动部分时,保持其柱脚52移动的稳定性,该连梁71位于该轨道梁72上且紧贴该轨道梁72,如图9至图11所示。如图8所示,因为该桁架结构移动部分的柱脚52具有一个外侧弦杆521和两个内侧弦杆523,因此,为了沿跨度方向放置滑移钢梁73等设备,必须将外侧弦杆521切掉一段(如图8中外侧弦杆521空缺的部分即为切掉的一段)才行,而因两个内侧弦杆523之间具有一定间隔,因此,对内侧弦杆523只要直线切断,将滑移钢梁73等设备设置在两个内侧弦杆523之间的空隙中即可。
步骤六:通过有限元计算仿真分析算法计算该断开处20的上弦杆511、主桁架腹杆512、下弦杆513的内力大小,对该断开处20的上弦杆511、主桁架腹杆512、下弦杆513按照内力由小到大的顺序依次用磁力切割机(公知设备)进行切断,此时,该桁架结构移动部分的主桁架部分51的荷载经由其下方的支托63转移到支撑架60上,如图12所示。例如,若切断该桁架结构移动部分的柱脚52的外侧弦杆521和柱脚腹杆522后,通过有限元计算仿真分析算法(公知算法)计算,此时断开处20的上弦杆511和主桁架腹杆512的内力最小,则先对上弦杆511和主桁架腹杆512进行切断,然后对下弦杆513进行切断。对上弦杆511的切割参见图12中标号22所示位置,对下弦杆513的切割参见图12中标号23所示位置。在桁架结构移动部分滑移前,如图9所示,在桁架结构移动部分上还可安装稳固梁514,以确保该桁架结构移动部分在滑移过程中的稳定性。
步骤七:用磁力切割机切断该桁架结构移动部分的柱脚52的内侧弦杆523,如图12和图13所示,对内侧弦杆523的切割参见图12和图13中标号24所示位置,此时,该连梁71完全落到该轨道梁72上,该桁架结构移动部分的全部荷载安全转移到支撑架60及滑移钢梁73上,上述进行的带载桁架切割方式不会发生因荷载突然释放而使既有大跨度桁架结构产生整体失稳的现象。
步骤八:在该轨道梁72上安装液压爬行器75,如图14所示,该液压爬行器75经由液压阀与泵源系统连接,泵源系统为液压爬行器75提供液压动力,该液压爬行器75的顶推端与该连梁71固定连接,该液压爬行器75的控制端与相应的控制系统连接。
步骤九:如图15所示,在滑移目标位置上建造与该桁架结构移动部分的柱脚52相应的格构柱81,该格构柱为利用地脚螺栓临时固定在承台基础上、可与该桁架结构移动部分的被切断的外侧弦杆和内侧弦杆相补接来使该桁架结构移动部分保持滑移后高度的一种建筑结构。
步骤十:通过液压爬行器75的推动,使得该桁架结构移动部分沿跨度方向向外滑移目标距离而滑移至该滑移目标位置(此滑移方向为将该桁架结构移动部分沿跨度方向向外移动的方向),如图15所示。在滑移的过程中,与该主桁架部分51连接固定的支托63与钢板62之间进行摩擦滑动,由于该钢板62、支托63均为钢材料,钢材料间的摩擦力很小,因此,该主桁架部分51上固定的支托63与钢板62之间是可以进行顺利滑移的,而轨道梁72与连梁71之间也进行摩擦滑动,由于该轨道梁72、连梁71均采用钢材料,钢材料间的摩擦力很小,因此,该轨道梁72与连梁71之间是可以进行顺利滑移的。
完成步骤一至十后,便可进行下面的接长和拆除作业,以便最终完成扩建,主要包括:采用汽车吊对该桁架结构移动部分与该桁架结构非移动部分之间出现的断开部分进行高空补装,如图16所示,图中标号91表示出了补装上的上弦杆、主桁架腹杆和下弦杆;对该桁架结构移动部分的柱脚52与和其相应的格构柱81之间进行连接和补装,如图16所示,图中标号92表示出了补装上的柱脚腹杆,并且,在实际中,还可对其他原有弦杆进行加固处理,如图17中的标号93所指部位;对与桁架结构无关的设施进行拆除作业,即拆除该支撑架60、钢板62、支托64和63、液压爬行器75、滑移钢梁73、轨道梁72、连梁71、切断剩下的柱脚部分82等。
完成上述接长和拆除作业后,大跨度桁架结构沿跨度方向的扩建便可以得以完成,扩建后的大跨度桁架结构如图17所示。
对于本发明方法,其还可应用于具有多榀桁架结构的大跨度桁架结构在扩建中的切割和滑移。对于具有多榀桁架结构的大跨度桁架结构,对其实现的切割滑移方法与上述具有一榀桁架结构的大跨度桁架结构的切割滑移方法基本相同,其步骤为:对各榀桁架结构101分别进行步骤一至九,然后,对各榀桁架结构101同时进行步骤十,各榀桁架结构101滑移的目标距离相同且同时进行滑移,如图18所示,相邻榀之间的次桁架结构102和各榀桁架结构101是一起进行滑移的,不会影响桁架结构移动部分的滑移。完成这些步骤后,便可对各榀桁架结构101分别进行接长和拆除作业,以完成大跨度桁架结构沿跨度方向的扩建作业。
本发明的优点是:
本发明方法采用切割、滑移施工工艺,可辅助既有大跨度桁架结构实现在不完全拆除桁架结构的基础上进行扩建,本发明方法安全可靠,可保证大跨度桁架结构安全、稳定地进行切割、滑移作业,本发明方法避免了在大跨度桁架结构扩建中对原有结构进行大量拆除与安装,有效利用了原有结构,节约了建筑材料,缩短了施工工期,同时,通过采取有效的防护措施即可实现切割滑移过程中结构下部空间设施的正常继续使用。本发明方法中的切割顺序安排合理,可有效控制结构变形,既保证了安全性,又可达到扩建的设计要求。
上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理,对于本领域的技术人员来说,在不背离本发明的精神和范围的情况下,任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变,均属于本发明保护范围之内。