CN112651086A - 一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，涉及安装及监控施工相关领域，利用计算机仿真、计算参数与监测数据对比、反馈等技术指导施工，确保结构安装安全及受力状态符合设计要求。包括如下步骤：S1：建立钢桁架结构深化设计和结构分析模型；S2：钢桁架构件制作和预拼装；S3：钢桁架构件制作和预拼装过程监控；S4：钢桁架现场分段安装；S5：钢桁架安装过程监控；S6：钢桁架卸载施工；S7：钢桁架卸载施工监控；S8：钢桁架安装完毕后期阶段加荷成型监控；S9：钢桁架结构验收。

Description

一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法

技术领域

本发明涉及安装及监控施工相关领域，具体为一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法。

背景技术

钢桁架是指用钢材制造的桁架工业与民用建筑的屋盖结构吊车梁、桥梁和水工闸门等，常用钢桁架作为主要承重构件。钢桁架按杆件内力、杆件截面和节点构造特点可分为普通、重型和轻型钢桁架。普通钢桁架一般采用单腹式杆件，通常是两个角钢组成的T形截面，有时也用十形、槽形或管形等截面，在节点处用一块节点板连接，构造简单，应用最广。重型钢桁架的杆件受力较大，采用由钢板或型钢组成的H形或箱形截面，节点处用两块平行的节点板连接，它常用于跨度和荷载较大的钢桁架，如桥梁和大跨度屋架等。轻型钢桁架采用小角钢及圆钢，或采用冷弯薄壁型钢，节点处可用节点板连接，也可将杆件直接相连，它主要用于跨度较小、屋面较轻的屋盖结构。

而大跨度悬挑异形重钢桁架结构，桁架悬挑跨度达到39m，桁架间设有纵向桁架支撑，结构复杂，导致各个结构间受力复杂，一旦安装或卸载中存在问题就会出现安全事故，因此在安装过程中需要进行监控，而不仅仅是在局部工程结束后进行验收，发现问题后再返工；因此市场急需研制一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法来帮助人们解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，利用计算机仿真、计算参数与监测数据对比、反馈等技术指导施工，确保结构安装安全及受力状态符合设计要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，包括如下步骤：

S1：建立钢桁架结构深化设计和结构分析模型；

S2：钢桁架构件制作和预拼装；

S3：钢桁架构件制作和预拼装过程监控；

S4：钢桁架现场分段安装；

S5：钢桁架安装过程监控；

S6：钢桁架卸载施工；

S7：钢桁架卸载施工监控；

S8：钢桁架安装完毕后期阶段加荷成型监控；

S9：钢桁架结构验收。

优选的，所述S3中，钢桁架构件制作过程中对成型的构件焊缝进行全超探检查；钢桁架构件预拼装过程中采用全站仪监控，将监控值与钢桁架结构深化设计和结构分析模型的设计分析值进行对比，随时对预拼装结果进行修正，对应力和变形较大的节点进行应力监测和拍X片检查。

优选的，所述S4中，钢桁架现场分段安装步骤如下：

S4-1：通过计算机对钢桁架结构分析模型进行仿真模拟，对安装顺序和步骤进行优化比较和选择，并依据分析结果对方案进行调整，最后确定安装顺序和步骤；

S4-2：钢桁架构件现场安装；

S4-2-1：对预拼装的构件进行预检和复检；

S4-2-2：对桁架支座的连接点进行复测；

S4-2-3：搭设桁架局部承重支撑体系；

S4-2-4：桁架构件吊装；

S4-2-5：桁架进行下一榀构件的安装，直至所有构件吊装完毕。

优选的，所述S5中，随着分阶段安装的实施，在构件上设置应力和变形监测点，应力监测点设置有应变传感器，变形监测点设置有位移传感器。

优选的，所述应力监测点根据结构的受力特征布置，所述变形监测点的密度根据结构的几何形态和几何变形情况设置。

优选的，所述应变传感器和位移传感器的安装和使用步骤如下：

步骤一：在钢结构表面放线，确定传感器安装位置，在安装位置的钢结构表面进行打磨；

步骤二：将应变计自带的基座拆下，装入安装模板，通过点焊基座的方式，将安装模板焊接在钢结构表面，形成螺栓；

步骤三：将安装模板取下，将应变计装入冷却后的基座内，两边带上M6的螺母，拧紧；

步骤四：测量应变计读数，调整调节螺母；

步骤五：将应变计上的调节螺母完全旋松，用小铁锤轻击左右端；

步骤六：安装好传感器，将传感器的数据传输线绑扎在钢构件表面，引至方便到达和测量的地点；

步骤七：到达指定的工况时用便携式数据采集箱采集数据，对钢桁架分段安装过程逐步成型的结构进行应力和变形的过程监测，并进行分析，反馈调整现场安装工作。

优选的，所述S6中，卸载施工步骤如下：

S6-1：通过计算机对钢桁架结构分析模型进行仿真模拟，对卸载步骤和顺序进行优化比选，确定最优卸载方案；

S6-2：对结构进行一次系统全面的应力和变形的监测；

S6-3：预卸载；

S6-4：正式卸载。

优选的，所述S6-4中，采用同步等距循环卸载，操作步骤如下：

S6-4-1：在支撑转换结构两侧放置千斤顶，使千斤顶顶紧受力；

S6-4-2：使两侧千斤顶同时向上略微顶起，使支撑转换结构底面与底部调整块刚刚脱离；

S6-4-3：使千斤顶同步、等比例进行第一次回落，底部调整块适当抽出，以刚刚满足回落行程需要；

S6-4-4：千斤顶继续等比例、同步回落，执行S6-4-3所述的卸载循环；

S6-4-5：卸载循环结束后，取出千斤顶底部调整块，重新放置好千斤顶，完成千斤顶行程不够时的置换过程，并重复S6-4-2所述的施工过程；

S6-4-6：循环以上卸载行程，直到结构本身竖向位移结束，千斤顶不再受力；

S6-4-7：千斤顶继续回落适当行程，桁架底面与支持转换结构脱离，钢结构卸载完成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、该发明中，在施工过程中，融入了计算机仿真分析和施工过程同步监控，将实用的结构测试技术、现场计算分析技术、现代控制技术应用于施工，形成结构计算分析、监测及反馈控制系统；

2、该发明中，以计算机建模分析为基础，对桁架安装和卸载过程中结构的控制性工况状态进行计算机模拟分析，给出安装和卸载时的结构位移、构件内力应力、支撑和约束条件的目标值等，并对各安装步骤和卸载步骤需要满足的条件和注意事项预见性地给出相应的要求和指导；

3、该发明中，在桁架安装和卸载过程中以监测、监控为手段，进行施工阶段性的结构位移、应力、变形的实时监测值和模拟值对比，当对比值结果出现较大偏差时，暂停安装和卸载，进行原因分析和修正措施，并实施矫正或纠偏，以确保后续步骤顺利及最终成型符合设计要求，且过程监控易于操作，按不同阶段分别进行监控易于在不同场景下的实施，数据准确易于记录；

4、该发明结构安全性好，安装过程由悬挑固定端向悬挑端施工，桁架安装由已形成稳定体系逐步向前推进，始终保持已安装的部分为一个稳定体系；小行程等距循环同步卸载，保证了卸载过程中桁架杆件内力变化平缓，避免了应力突变。

附图说明

图1为本发明的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法的工作步骤图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，包括如下步骤：

S1：建立钢桁架结构深化设计和结构分析模型；

S1-1：建立钢桁架结构深化设计模型(通过分析、深化设计，指导工场数控下料、构件组装、焊接成型、预拼装等工序)；

S1-2：选择、确定可行的钢桁架制作和安装方案；

S1-3：建立钢桁架结构仿真分析模型，模拟各种工况(分析在不同工况下，桁架在全过程中的受力和变形状态，对受力不利和变形较大的部位进行全天重点监控)；

S2：钢桁架构件制作和预拼装；

S3：钢桁架构件制作和预拼装过程监控；

S4：钢桁架现场分段安装；

S5：钢桁架安装过程监控；

S6：钢桁架卸载施工；

S7：钢桁架卸载施工监控；

S8：钢桁架安装完毕后期阶段加荷成型监控；

S9：钢桁架结构验收。

进一步，S3中，钢桁架构件制作过程中对成型的构件焊缝进行全超探检查；钢桁架构件预拼装过程中采用全站仪监控，将监控值与钢桁架结构深化设计和结构分析模型的设计分析值进行对比，随时对预拼装结果进行修正，对应力和变形较大的节点进行应力监测和拍X片检查。

进一步，S4中，钢桁架现场分段安装步骤如下：

S4-1：通过计算机对钢桁架结构分析模型进行仿真模拟，对安装顺序和步骤进行优化比较和选择，并依据分析结果对方案进行调整，最后确定安装顺序和步骤，确保桁架在现场拼装的每一步为结构不变体系；

S4-2：钢桁架构件现场安装；

S4-2-1：对预拼装的构件进行预检和复检，预拼装的构件在钢结构加工场质检部门预检的基础上，现场安装项目部要进场对制造质量进行复检，合格后方可出场，不允许不合格构件进入安装现场；

S4-2-2：对桁架支座的连接点进行复测(标高、轴线)；

S4-2-3：搭设桁架局部承重支撑体系，支撑体系的位置、大小和数量应通过工况模拟计算确定，并根据受力情况进行设计和搭设，拟计算确定，并根据受力情况进行设计和搭设；

S4-2-4：桁架构件吊装；

(整个悬挑钢桁架的安装顺序是从与内部结构连接的固定端向悬挑部分延伸安装。在吊装过程中为了保证施工安全，悬挑钢桁架构件在延伸的过程中与根部结构应即进行可靠连接，尤其是刚性连接节点，在校正好后，优先焊接牢固，使其形成稳定结构。桁架的自重尽量利用已成型的结构体系来承载，而不是全部承重在支撑体系上，以减少临时支撑的负载。)

S4-2-5：桁架进行下一榀构件的安装，直至所有构件吊装完毕。

进一步，S5中，随着分阶段安装的实施，在构件上设置应力和变形监测点，应力监测点设置有应变传感器，变形监测点设置有位移传感器。

进一步，应力监测点根据结构的受力特征布置，测量部位主要集中于钢桁架的弦杆等内力较大的截面，要严格按照能够体现结构受力与方向的实际情况来布设，从而能够真实准确的反映构件的工作状态；变形监测点的密度根据结构的几何形态和几何变形情况设置，并易于布设，施测方便，以满足施工监测精度高，速度快的要求。

进一步，应变传感器和位移传感器的安装和使用步骤如下：

步骤一：在钢结构表面放线，确定传感器安装位置，在安装位置的钢结构表面进行打磨，打磨范围约为50mm×150mm大小；

步骤二：将应变计自带的基座拆下，装入安装模板，通过点焊基座的方式，将安装模板焊接在钢结构表面，形成螺栓；

步骤三：将安装模板取下，将应变计装入冷却后的基座内，两边带上M6的螺母，拧紧(先固定设有调节螺母的一端，再拧紧时为防止被拧紧螺母带动应变计，导致应变计扭曲，应在拧紧螺母的同时用手扶着左侧的端座施加反力)；

步骤四：测量应变计读数，调整调节螺母(将应变值调整在一个标准竖直左右，若结构体受力变形较大，受压应变值应向上调整，再拧紧基座，拧紧时为防止被拧紧的螺母带动应变计，导致应变计扭曲，应在拧紧螺母的同时用手扶着右侧的端座施加反力)；

步骤五：将应变计上的调节螺母完全旋松，用小铁锤轻击左右端，防止螺母虚假锁死，测量应变值应能稳定、否则要重新安装；

步骤六：安装好传感器，将传感器的数据传输线绑扎在钢构件表面，引至方便到达和测量的地点；

步骤七：到达指定的工况时用便携式数据采集箱采集数据，对钢桁架分段安装过程逐步成型的结构进行应力和变形的过程监测，并进行分析，反馈调整现场安装工作。

进一步，S6中，卸载施工步骤如下：

S6-1：通过计算机对钢桁架结构分析模型进行仿真模拟，对卸载步骤和顺序进行优化比选，确定最优卸载方案；

S6-2：对结构进行一次系统全面的应力和变形的监测；

S6-3：预卸载(为能够进一步了解承重结构的变化情况，在卸载前一天进行预卸载，千斤顶行程为5mm，预卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况、千斤顶的下降高度、结构焊缝的质量情况及桁架挠度的变化情况进行一次全面的检查，各项检查合格无误后，才可进行正式卸载)；

S6-4：正式卸载。

进一步，S6-4中，采用同步等距循环卸载，操作步骤如下：

S6-4-1：在支撑转换结构两侧放置千斤顶，使千斤顶顶紧受力；

S6-4-2：使两侧千斤顶同时向上略微顶起，使支撑转换结构底面与底部调整块刚刚脱离；

S6-4-3：使千斤顶同步、等比例进行第一次回落，底部调整块适当抽出，以刚刚满足回落行程需要；

S6-4-4：千斤顶继续等比例、同步回落，执行S6-4-3卸载循环；

S6-4-5：卸载循环结束后，取出千斤顶底部调整块，重新放置好千斤顶，完成千斤顶行程不够时的置换过程，并重复S6-4-2施工过程；

S6-4-6：循环以上卸载行程，直到结构本身竖向位移结束，千斤顶不再受力；

S6-4-7：千斤顶继续回落适当行程，桁架底面与支持转换结构脱离，钢结构卸载完成。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：建立钢桁架结构深化设计和结构分析模型；

S2：钢桁架构件制作和预拼装；

S3：钢桁架构件制作和预拼装过程监控；

S4：钢桁架现场分段安装；

S5：钢桁架安装过程监控；

S6：钢桁架卸载施工；

S7：钢桁架卸载施工监控；

S8：钢桁架安装完毕后期阶段加荷成型监控；

S9：钢桁架结构验收。

2.根据权利要求1所述的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于：所述S3中，钢桁架构件制作过程中对成型的构件焊缝进行全超探检查；钢桁架构件预拼装过程中采用全站仪监控，将监控值与钢桁架结构深化设计和结构分析模型的设计分析值进行对比，随时对预拼装结果进行修正，对应力和变形较大的节点进行应力监测和拍X片检查。

3.根据权利要求1所述的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于，所述S4中，钢桁架现场分段安装步骤如下：

S4-1：通过计算机对钢桁架结构分析模型进行仿真模拟，对安装顺序和步骤进行优化比较和选择，并依据分析结果对方案进行调整，最后确定安装顺序和步骤；

S4-2：钢桁架构件现场安装；

S4-2-1：对预拼装的构件进行预检和复检；

S4-2-2：对桁架支座的连接点进行复测；

S4-2-3：搭设桁架局部承重支撑体系；

S4-2-4：桁架构件吊装；

S4-2-5：桁架进行下一榀构件的安装，直至所有构件吊装完毕。

4.根据权利要求1所述的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于：所述S5中，随着分阶段安装的实施，在构件上设置应力和变形监测点，应力监测点设置有应变传感器，变形监测点设置有位移传感器。

5.根据权利要求4所述的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于：所述应力监测点根据结构的受力特征布置，所述变形监测点的密度根据结构的几何形态和几何变形情况设置。

6.根据权利要求4所述的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于，所述应变传感器和位移传感器的安装和使用步骤如下：

步骤一：在钢结构表面放线，确定传感器安装位置，在安装位置的钢结构表面进行打磨；

步骤二：将应变计自带的基座拆下，装入安装模板，通过点焊基座的方式，将安装模板焊接在钢结构表面，形成螺栓；

步骤三：将安装模板取下，将应变计装入冷却后的基座内，两边带上M6的螺母，拧紧；

步骤四：测量应变计读数，调整调节螺母；

步骤五：将应变计上的调节螺母完全旋松，用小铁锤轻击左右端；

步骤六：安装好传感器，将传感器的数据传输线绑扎在钢构件表面，引至方便到达和测量的地点；

步骤七：到达指定的工况时用便携式数据采集箱采集数据，对钢桁架分段安装过程逐步成型的结构进行应力和变形的过程监测，并进行分析，反馈调整现场安装工作。

7.根据权利要求1所述的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于，所述S6中，卸载施工步骤如下：

S6-1：通过计算机对钢桁架结构分析模型进行仿真模拟，对卸载步骤和顺序进行优化比选，确定最优卸载方案；

S6-2：对结构进行一次系统全面的应力和变形的监测；

S6-3：预卸载；

S6-4：正式卸载。

8.根据权利要求7所述的一种超大悬挑异形钢桁架安装及监控施工方法，其特征在于，所述S6-4中，采用同步等距循环卸载，操作步骤如下：

S6-4-1：在支撑转换结构两侧放置千斤顶，使千斤顶顶紧受力；

S6-4-2：使两侧千斤顶同时向上略微顶起，使支撑转换结构底面与底部调整块刚刚脱离；

S6-4-3：使千斤顶同步、等比例进行第一次回落，底部调整块适当抽出，以刚刚满足回落行程需要；

S6-4-4：千斤顶继续等比例、同步回落，执行S6-4-3所述的卸载循环；

S6-4-5：卸载循环结束后，取出千斤顶底部调整块，重新放置好千斤顶，完成千斤顶行程不够时的置换过程，并重复S6-4-2所述的施工过程；

S6-4-6：循环以上卸载行程，直到结构本身竖向位移结束，千斤顶不再受力；

S6-4-7：千斤顶继续回落适当行程，桁架底面与支持转换结构脱离，钢结构卸载完成。

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