CN104018684B - 一种大跨度实腹式弧形梁双索提升装置及其提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度实腹式弧形梁双索提升装置及其提升方法，该提升装置包括设置于弧形梁两端的L型耳板，所述L型耳板上设置有垂直吊具和水平吊具；所述垂直吊具通过销轴铰接于L型耳板的上部，两个垂直吊具各连接有向上延伸的垂直拉索；所述水平吊具通过销轴铰接于两个L型耳板的相向侧，所述两个水平吊具之间设置有水平拉索，所述水平拉索连接有水平液压张拉装置，通过张拉调整弧形梁整体的水平长度，按需进行水平方向的长度调节，保证了弧形梁在提升时产生的反弧变形、温度引起的伸缩变形、以及弧形结构安装时产生平面外失稳等情况下高强螺栓无法穿入主结构螺栓孔的问题，有利于弧形梁吊装就位以后的穿孔对准。

Description

一种大跨度实腹式弧形梁双索提升装置及其提升方法

技术领域

本发明涉及一种大跨度钢结构实腹弧形梁的吊装装置和方法，尤其适用于大跨度实腹式弧形梁双索提升装置及其提升方法。

背景技术

目前，国内建筑业中钢结构工程发展迅猛，大跨度空间结构的建筑物的设计建造也越来越多。针对空间结构工程发展的要求，迫切需要具有与之相适应的结构安装施工技术。对于大跨度钢结构实腹弧形梁，现有的吊装方法通常是在施工时，先地面组装成4榀一组的结构单元，整体提升进行安装，现有的吊装方式主要的不足之处在于：高空作业多、安装精度差、拱形弧度难以保持、安装周期长等，具体体现在以下几个方面：

1、穹顶钢结构整体提升时受液压提升系统力的作用结构发生弹性变形，具体的，由于穹顶结构为弧形结构，而现有的大跨度弧形提升方式中，需同时设置垂直拉索和水平拉索，现有技术中，通常将垂直拉索和水平拉索直接连接到钢梁翼缘上，极易对主结构的上、下翼缘产生破坏力，使得在加载的过程中钢梁产生无法修复的永久性变形；加之在温度作用下结构发生伸缩变形，极易导致穹顶结构与原结构对接时高强螺栓无法自由传入螺栓孔。

2、由于穹顶结构弧度大，安装高度高，在高空单件安装功效低，安装需采用大型起重机械，并且，现有施工技术中高支架搭设时间长，单榀实腹式弧形钢梁提升或是吊装时容易产生平面外失稳，安全风险大。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述不足之处，提供一种使提升单元在提升的过程中不发生变形、结构稳定性更好的大跨度实腹式弧形梁双索提升装置。

本发明的又一目的是：提供一种高空作业更少、安装功效高，施工质量优、施工成本低的大跨度实腹式弧形梁双索提升装置的提升方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种大跨度实腹式弧形梁双索提升装置，包括设置于弧形梁两端的L型耳板，所述L型耳板上设置有垂直吊具和水平吊具；所述垂直吊具通过销轴铰接于L型耳板的上部，两个垂直吊具各连接有向上延伸的垂直拉索；所述水平吊具通过销轴铰接于两个L型耳板的相向侧，所述两个水平吊具之间设置有水平拉索，所述水平拉索连接有水平液压张拉装置。

采用这样的结构，由于设置了L型耳板，并通过L型耳板连接水平拉索和垂直拉索的方式，能够避免垂直拉索和水平拉索因直接连接钢梁翼缘时、在加载的过程中钢梁易产生永久性变形，通过L型耳板间接地连接拉索和钢梁翼缘以后，即保证了提升单元的主结构不发生变形，而且承载力还能加强。并且提升单元在提升时结构稳定，不会倾覆。

并且通过设置水平拉索的方式，通过张拉调整弧形梁整体的水平长度，按需进行水平方向的长度调节，保证了弧形梁在提升时产生的反弧变形、温度引起的伸缩变形、以及弧形结构安装时产生平面外失稳等情况下高强螺栓无法穿入主结构螺栓孔的问题，有利于弧形梁吊装就位以后的穿孔对准，并解决了吊装过程中遇到障碍物难以跨越的问题；通过设置水平拉索和垂直拉索的方式，垂直拉索方便了弧形梁的提升操作，使之以简单的结构、便捷的操作提升直至其与主结构的下翼缘贴合。

优选的，所述弧形梁上设置有安装槽，所述L型耳板通过安装槽与弧形梁连接。采用这样的结构，具有连接稳定方便、易于拆卸等有益效果。

优选的，所述弧形梁由若干个提升单元拼装而成，所述提升单元的下方设置有拼装胎架。采用这样的结构，具有结构简单、易于搭设的有益效果，有利于保证施工安全，而且不会影响到其他专业施工，使施工工期易于控制。

优选的，所述水平液压张拉装置包括水平吊具和水平吊笼，位于弧形梁长度方向两端的两个L型耳板中，其中一个L型耳板通过销轴连接有水平吊笼，所述水平吊笼内设置有液压油缸，所述液压油缸一端与水平吊笼连接，所述液压油缸的另一端与水平拉索连接，水平拉索的另一端通过连接另一个水平吊具，该水平吊具通过销轴与另一个L型耳板连接。

一种利用上述大跨度实腹式弧形梁双索提升装置的提升方法，包括以下几个步骤：

a、在提升单元的正下方布置拼装胎架，并通过拼装胎架将提升单元拼装成弧形梁；

b、在弧形梁的两端各安装一个L型耳板，所述弧形梁两端的L型耳板上各设置一个水平吊具和垂直吊具，所述垂直吊具各连接有一根垂直拉索，所述两个水平吊具之间通过一根水平拉索连接；

c、通过垂直拉索将提升单元向上提升至拼装胎架上方预设位置后静置，并拆除拼装胎架；

d、继续将提升单元向上提升，直至提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘距离50mm～100mm时停止提升，并进行人工测量、微调；

e、继续将提升单元向上提升，直至将提升单元的上翼缘提升至与主结构的下翼缘位于同一高度时停止提升，并安装螺栓将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连接固定。

现有的提升方法中，是将拉索直接连接到提升单元的钢梁翼缘上，在加载的过程中钢梁易产生永久性变形，无法进行修复；而本发明的技术方案中，由于设置了L型耳板，能够避免垂直拉索和水平拉索因直接连接钢梁翼缘时、在加载的过程中钢梁易产生永久性变形，通过L型耳板间接连接拉索和钢梁翼缘，即保证了提升单元的主结构不发生变形，而且承载力还能加强。并且提升单元在提升时结构稳定，不会倾覆。

再者，现有的吊装提升方法中、通过吊具直接与弧形梁连接，吊装节点需要加固，待提升完成后加固点需要拆除，另外一般的提升吊具施工吊装节点处都需要做后补杆件处理，后补杆件需要其他设备吊装完成增加了施工成本；而本发明解决了后补杆件增加施工成本的问题，且对结构起到了加固的作用。

并且，现有的吊装提升方法中、吊装是靠耳板与主结构间的焊缝承载提升时结构自重和提升力，节点处极易变形，而本发明设置L型耳板以后，是靠L型耳板本身承载提升时的提升力，对提升单元节点变形影响非常小。

另外，在吊装就位后，提升单元与其上方的主结构之间的安装精度高，并且提升单元的拱形弧度容易保持和调节，结构提升时，穹顶结构不易倾覆，在地面拼装的施工高度最高位15米（约为拼装胎架高度），减少了高空作业，施工安全，并且地面拼装使用安装起重机械小，施工质量保证，节约机械费用，在地面拼装完成穹顶结构的全部结构安装施工，提高了安装功效。

最优选的，步骤b中，所述L型耳板的一端延伸至弧形梁上翼缘的上方、并通过销轴连接垂直吊具，所述L型耳板的另一端延伸至弧形梁下翼缘的下方、并通过销轴连接水平吊具。

最优选的，所述步骤b中的L型耳板，预先在加工厂内进行制作，并在施工现场在提升单元的两端开设卡槽，之后将L型耳板直接安装在提升单元的卡槽中，之后首先通过销轴安装水平拉索，再安装垂直拉索，提升时水平拉索和垂直拉索进行加力，所加载的力全部到L型耳板上，对主结构的上下翼缘不产生破坏力。

优选的，所述步骤e中，在安装螺栓前，人工观测位于提升单元两端的上翼缘与主结构两端的下翼缘之间的间隙，并通过张拉水平拉索的方式进行调节，直至位于提升单元两端的上翼缘与主结构两端的下翼缘之间的间隙达到预设范围内。采用这样的结构，通过调整水平锁具的拉力值保持结构的弧度，即：通过调整水平拉索张拉力大小、以调节整个提升单元在长度方向上的尺寸，具有调节方便、易于实施的有益效果，并且微调操作简便、尤其便于在高空中实施。

优选的，在步骤e中，安装螺栓将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连接以后，通过焊接的方式将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连为一体。采用这样的结构，通过张拉水平拉索的方式对提升单元与主结构上螺孔的相对位置进行微调对准，有利于高强度螺栓顺利对准穿入，并且解决了起吊过程中反弧变形、温度变形等因素致使螺纹孔错位难以装入的缺陷，使得螺栓能够顺利对准穿入、并有利于后续焊接工序顺利进行。

优选的，所述步骤e中，将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连接固定以后，首先拆除垂直拉索，之后再拆除水平拉索。采用这样的结构，有利于保持结构稳定。

优选的，所述步骤c和步骤d中，首先加载水平拉索，之后再加载垂直拉索，加载值按照设计荷载的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐级增加，每级加载之间至少预留10分钟的观察及检查时间。采用这样的方法，具有结构稳定等有益效果。

优选的，在步骤c至步骤e中，当提升单元在向上提升时、提升单元至少一端的上方存在障碍物时，收紧水平拉索以缩减提升单元的水平长度、直至提升单元不与其上方的障碍物干涉后，再将提升单元向上提升，并在提升单元越过障碍物之后松放水平拉索。采用这样的方式，通过张拉水平拉索的方式调节提升单元的整体长度、并避免与提升行程中的部分障碍物发生干涉，环境适应能力更好。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：区别于现有的提升方法中将拉索直接连接到提升单元的钢梁翼缘上的连接方式，避免了在加载的过程中钢梁易产生永久性变形，无法进行修复的缺陷；本发明通过改进吊装节点的形式，起到保护弧形梁的作用，尤其体现在通过设置L型耳板，能够避免垂直拉索和水平拉索因直接连接钢梁翼缘时、在加载的过程中钢梁易产生永久性变形，通过L型耳板间接连接拉索和钢梁翼缘，即保证了提升单元的主结构不发生变形，而且承载力还能加强。并且提升单元在提升时结构稳定，不会倾覆。

并且，在吊装就位后，提升单元与其上方的主结构之间的安装精度高，并且提升单元的拱形弧度容易保持和调节，结构提升时，穹顶结构不易倾覆，在地面拼装的施工高度最高位15米（约为拼装胎架高度），减少了高空作业，施工安全，并且地面拼装使用安装起重机械小，施工质量保证，节约机械费用，在地面拼装完成穹顶结构的全部结构安装施工，提高了安装功效。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中相邻两个提升单元、以及拼装胎架的连接结构示意图；

图3为图1中L型耳板与弧形梁的连接结构示意图；

图中标记：弧形梁—1；L型耳板—2；垂直吊具—3；水平吊具—4；垂直拉索—5；水平拉索—6；提升单元—7；拼装胎架—8。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1至图3所示，本实施例一种大跨度实腹式弧形梁双索提升装置，包括弧形梁1，本实施例中，由弧形梁1若干个穹顶单元（或称单元梁）拼接而成，所述弧形梁1的两端均设置有L型耳板2，各L型耳板2上均设置有垂直吊具3和水平吊具4，本实施例中,L型耳板2是两端弯折的板状结构，具体的，L型耳板2的中部是能够与弧形梁1连接的板状结构，L型耳板2的两端弯折后与垂直吊具3或水平吊具4连接，垂直吊具3通过销轴铰接于L型耳板2的上部，两个垂直吊具3各连接有向上延伸的垂直拉索5，垂直拉索5的下端与L型耳板2连接、将穹顶单元吊起，垂直拉索5的上端能够与穹顶单元上方的主结构连接固定，以对穹顶单元进行悬吊；水平吊具4通过销轴铰接于两个L型耳板2的相向侧，两个水平吊具4之间设置有水平拉索6，水平拉索6连接有水平液压张拉装置，本实施例中，水平液压张拉装置包括水平吊具4、水平吊笼以及液压油缸等，能够通过液压驱动的方式张拉水平拉索6、并使得弧形梁1两端沿长度方向受拉形变、或松开后回复原型。

采用这样的结构，通过设置水平拉索6和垂直拉索5的方式，垂直拉索5方便了弧形梁1的提升操作，使之以简单的结构、便捷的操作提升直至其与主结构的下翼缘贴合，并且通过设置水平拉索6的方式，通过张拉调整弧形梁1整体的水平长度，按需进行水平方向的长度调节，保证了弧形梁1在提升时产生的反弧变形、温度引起的伸缩变形、以及弧形结构安装时产生平面外失稳等情况下高强螺栓无法穿入主结构螺栓孔的问题，有利于弧形梁1吊装就位以后的穿孔对准，并解决了吊装过程中遇到障碍物难以跨越的问题。

本实施例中，弧形梁1上设置有安装槽，L型耳板2通过安装槽与弧形梁1连接。采用这样的结构，具有连接稳定方便、易于拆卸等有益效果，在其余实施方式中，L型耳板2亦可通过如焊接等方式与L型耳板2连接，但效果不如本实施例的通过安装槽连接的方式好。

本实施例中，弧形梁1由若干个穹顶单元拼装而成，穹顶单元的下方设置有拼装胎架8。采用这样的结构，具有结构简单、易于搭设的有益效果，有利于保证施工安全，而且不会影响到其他专业施工，使施工工期易于控制。

本实施例中，水平液压张拉装置包括水平吊具4和水平吊笼，位于弧形梁1长度方向两端的两个L型耳板2中，其中一个L型耳板2通过销轴连接有水平吊笼，水平吊笼内设置有液压油缸，液压油缸一端与水平吊笼连接，液压油缸的另一端与水平拉索6连接，水平拉索6的另一端通过连接另一个水平吊具4，该水平吊具4通过销轴与另一个L型耳板2连接。

一种利用上述大跨度实腹式弧形梁双索提升装置的双索提升方法，包括以下几个步骤：

a、在穹顶单元的正下方布置拼装胎架8，并通过拼装胎架8将提升单元7拼装成弧形梁1；通过设置拼装胎架8的方式能够有效地控制穹顶结构的拱高和跨度值。

b、在弧形梁1的两端各安装一个L型耳板2，本步骤中，L型耳板2的一端延伸至弧形梁1上翼缘的上方、并通过销轴连接垂直吊具3，L型耳板2的另一端延伸至弧形梁1下翼缘的下方、并通过销轴连接水平吊具4，本步骤中的L型耳板2，预先在加工厂内进行制作，并在施工现场在穹顶单元的两端开设卡槽，之后将L型耳板2直接安装在穹顶单元的卡槽中，之后首先通过销轴安装水平拉索6，再安装垂直拉索5，提升时水平拉索6和垂直拉索5进行加力，所加载的力全部到L型耳板2上，对主结构的上下翼缘不产生破坏力。

c、在弧形梁1两端的L型耳板2之间设置水平拉索6，水平拉索6穿过拼装胎架8，水平拉索6的两端分别与两个L型耳板2连接；具体的，本实施例是利用销轴将水平吊具4和水平吊笼安装到L型耳板2上；水平拉索6穿过拼装胎架8后连接到水平吊具4和水平吊笼上。

d、在位于穹顶单元上方的主结构上设置垂直吊具3，垂直吊具3与穹顶单元之间设置有垂直拉索5，垂直拉索5的一端与垂直吊具3连接，垂直拉索5的另一端与L型耳板2连接，本实施例中的主结构，是指提升结构向上提升的目标连接物，类似于棚顶等位于高处的固定物体；

在水平拉索6和垂直拉索5安装完成以后，首先进行试加载，先加载水平拉索6，之后再加载垂直拉索5，加载值按照设计荷载的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐级增加，每级加载之间至少预留10分钟的观察及检查时间，当荷载增加到100%时，将整个穹顶单元脱离拼装胎架8，使得穹顶单元离拼装胎架8的高度在100mm～200mm。采用这样的方法，具有结构稳定等有益效果。

e、将提升单元7向上提升至拼装胎架8上方预设位置后静置，并拆除拼装胎架8；本实施例中，静置的时间为8小时～12小时，静置过程中检查提升装置及提升单元7，确认不存在安全隐患之后，下降提升单元7至离拼装胎架8约1000mm的位置静置。

f、继续将提升单元7向上提升，提升方式是通过垂直拉索5起吊提升，直至提升单元7的上翼缘与主结构的下翼缘距离50mm～100mm时停止提升，并进行人工测量、微调，在安装螺栓前，人工观测位于提升单元7两端的上翼缘与主结构两端的下翼缘之间的间隙，并通过张拉水平拉索6的方式进行调节，直至位于提升单元7两端的上翼缘与主结构两端的下翼缘之间的间隙达到预设范围内。采用这样的结构，通过调整水平拉索6张拉力大小、以调节整个提升单元7在长度方向上的尺寸，具有调节方便、易于实施的有益效果，并且微调操作简便、尤其便于在高空中实施。

g、继续将提升单元7向上提升，直至将提升单元7的上翼缘提升至与主结构的下翼缘位于同一高度时停止提升，并安装螺栓将提升单元7的上翼缘与主结构的下翼缘连接固定，安装螺栓将提升单元7的上翼缘与主结构的下翼缘连接以后，通过焊接的方式将提升单元7的上翼缘与主结构的下翼缘连为一体，通过张拉水平拉索6的方式对提升单元7与主结构上螺孔的相对位置进行微调对准，有利于高强度螺栓顺利对准穿入，并且解决了起吊过程中反弧变形、温度变形等因素致使螺纹孔错位难以装入的缺陷，使得螺栓能够顺利对准穿入、并有利于后续焊接工序顺利进行，本步骤中，将提升单元7的上翼缘与主结构的下翼缘连接固定以后，首先拆除垂直拉索5，之后再拆除水平拉索6。

上述提升方法的主要思路为：提升结构在安装位置下面进行整体拼装，设置水平提升装置和竖向提升装置，使结构在提升生的过程中不发生变形，保证结构的稳定性和提升装置的安全，在主结构上设置上吊点，在提升结构单元上设置下吊点。在吊装就位后，提升单元7与其上方的主结构之间的安装精度高，并且提升单元7的拱形弧度容易保持和调节，结构提升时，穹顶结构不易倾覆，在地面拼装的施工高度最高位15米（约为拼装胎架8高度），减少了高空作业，施工安全，并且地面拼装使用安装起重机械小，施工质量保证，节约机械费用，在地面拼装完成穹顶结构的全部结构安装施工，提高了安装功效。

上述步骤e至步骤g中，当提升单元7在向上提升时、提升单元7至少一端的上方存在障碍物时，收紧水平拉索6以缩减提升单元7的水平长度、直至提升单元7不与其上方的障碍物干涉后，再将提升单元7向上提升，并在提升单元7越过障碍物之后松放水平拉索6。采用这样的方式，通过张拉水平拉索6的方式调节提升单元7的整体长度、并避免与提升行程中的部分障碍物发生干涉，环境适应能力更好。

与现有的提升方法相比，由于现有的提升方法中将拉索直接连接到提升单元7的钢梁翼缘上，在加载的过程中钢梁易产生永久性变形，无法进行修复，而发明的技术方案中，由于设置了L型耳板2，能够避免垂直拉索5和水平拉索6因直接连接钢梁翼缘时、在加载的过程中钢梁易产生永久性变形，通过L型耳板2间接连接拉索和钢梁翼缘，即保证了提升单元7的主结构不发生变形，而且承载力还能加强。并且提升单元7在提升时结构稳定，不会倾覆。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种大跨度实腹式弧形梁双索提升装置，其特征在于：包括设置于弧形梁两端的L型耳板，所述L型耳板上设置有垂直吊具和水平吊具；所述垂直吊具通过销轴铰接于L型耳板的上部，两个垂直吊具各连接有向上延伸的垂直拉索；所述水平吊具通过销轴铰接于两个L型耳板的相向侧，所述两个水平吊具之间设置有水平拉索，所述水平拉索连接有水平液压张拉装置。

2.根据权利要求1所述的大跨度实腹式弧形梁双索提升装置，其特征在于：所述弧形梁上设置有安装槽，所述L型耳板通过安装槽与弧形梁连接。

3.根据权利要求1所述的大跨度实腹式弧形梁双索提升装置，其特征在于：所述弧形梁由若干个提升单元拼装而成，所述提升单元的下方设置有拼装胎架。

4.一种利用如权利要求1至3中任一大跨度实腹式弧形梁双索提升装置的提升方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

a、在提升单元的正下方布置拼装胎架，并通过拼装胎架将提升单元拼装成弧形梁；

b、在弧形梁的两端各安装一个L型耳板，所述弧形梁两端的L型耳板上各设置一个水平吊具和垂直吊具，所述垂直吊具各连接有一根垂直拉索，所述两个水平吊具之间通过一根水平拉索连接；

c、通过垂直拉索将提升单元向上提升至拼装胎架上方预设位置后静置，并拆除拼装胎架；

d、继续将提升单元向上提升，直至提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘距离50mm～100mm时停止提升，并进行人工测量、微调；

e、继续将提升单元向上提升，直至将提升单元的上翼缘提升至与主结构的下翼缘位于同一高度时停止提升，并安装螺栓将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连接固定。

5.根据权利要求4所述的提升方法，其特征在于：所述步骤e中，在安装螺栓前，人工观测位于提升单元两端的上翼缘与主结构两端的下翼缘之间的间隙，并通过张拉水平拉索的方式进行调节，直至位于提升单元两端的上翼缘与主结构两端的下翼缘之间的间隙达到预设范围内。

6.根据权利要求4所述的提升方法，其特征在于：在步骤e中，安装螺栓将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连接以后，通过焊接的方式将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连为一体。

7.根据权利要求6所述的提升方法，其特征在于：所述步骤e中，将提升单元的上翼缘与主结构的下翼缘连接固定以后，首先拆除垂直拉索，之后再拆除水平拉索。

8.根据权利要求4所述的提升方法，其特征在于：所述步骤c和步骤d中，首先采用逐级加载的方法进行提升，载荷加载的顺序为：首先加载水平拉索，之后再加载垂直拉索，加载值按照设计荷载的5%、10%、20%、30%、40%、60%、80%、100%逐级增加，每级加载之间至少预留10分钟的观察及检查时间。