采用液壓設(shè)備進行鋼結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)及力學(xué)分析

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主要設(shè)備 采用液壓設(shè)備進行鋼結(jié)構(gòu)施工主要用于鋼結(jié)構(gòu)提升(頂升)、滑移、卸載等。 對應(yīng)的液壓設(shè)備分別是液壓提升器、液壓爬行器或牽引器、液壓千斤頂。 0 A8 E- P# Z8 ?8 N) _6 W* G) O     基本特點   A+ x. E. E: ?3 E 液壓設(shè)備運行平穩(wěn)，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。 # b2 l" N# \6 ?5 h     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； ! x: ?$ u. b5 |    提升器或牽引器通過鋼鉸線與隨動結(jié)構(gòu)相連，一般只能夠直線運行； 3 g9 q( B; D2 ?# @" V7 A3 k    液壓千斤頂一般直接與結(jié)構(gòu)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(shè)備一起構(gòu)成機構(gòu)，力學(xué)分析模型的約束較難設(shè)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。 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(jiān)控。 局部荷載較大，局部承載點設(shè)計非常關(guān)鍵。     液壓提升 0 d0 E: ?1 B- `8 Z 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。   `9 @$ ?6 H" h3 f4 L8 u! N     支撐塔架設(shè)計要點： 7 N1 X0 k0 p4 q7 v: G     1. 風(fēng)荷載取值：提升時間大約為7~15天，但塔架會重復(fù)使用，按10年重現(xiàn)期考慮。 ) A/ ]1 r  i# L4 ~$ O    2. 組合系數(shù)取值適應(yīng)：以恒載及風(fēng)荷載為主要荷載，1.35恒載、1.2恒載+1.4風(fēng)荷載 7 Q/ B. y' Q! c    3. 由于塔架高度較高，一定要考慮其穩(wěn)定性，但為了避免設(shè)計過大，要考慮纜風(fēng)作用 4 v9 w- ]% X% |2 [" \    4. 要按格構(gòu)式柱計算滿足規(guī)范要求，同時要進行有限元分析，考慮與纜風(fēng)的共同作用 $ ?2 g/ F( J$ ?% M6 L$ ]    5. 為了重復(fù)使用，考慮到加工與安裝的方便，采用標準節(jié)與非標準節(jié)相結(jié)合的方式     6. 控制加工與安裝偏差，避免產(chǎn)生過大的次彎矩。 提升梁設(shè)計要點： " ?& Z7 ^8 j. Q( l4 H+ y# z5 ]4 R     1. 設(shè)計重量要滿足吊裝要求，但設(shè)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(wěn)定性及局部穩(wěn)定性的要求； / L' N/ x# T* S; z) _    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(wěn)定性要求。 $ @6 I( p3 ]4 w4 E1 y     大梁主吊點設(shè)計及大梁本身加固：     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(tǒng)籌考慮。最好是在大梁設(shè)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(shù)量，減少板件厚度，吊耳板能夠伸入大梁內(nèi)部，能夠連接到大梁側(cè)面腹板上； 8 E+ s- F* u# r" N9 ^- [9 D    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(guī)范要求；     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(qū)域的3倍，約束條件要適當(dāng)，采用板殼單元更為合理與實用。 滑移小車設(shè)計要點：     1. 要考慮小車與地面鋪設(shè)鋼板之間的摩擦，防止小車的前傾與后翻； 8 S$ m% S0 `1 U: u! P0 @4 ?/ A    2. 除了局部強度及穩(wěn)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。 7 O2 w; V5 A% G4 L6 y         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。 ; M5 ?9 N9 f: r* n7 u. _         剛性腿滑移小車的安裝     滑移實例——五棵松藍球館 . P& h) H" T7 g6 e3 a4 n# m         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： ! p7 _8 `/ M9 W2 n4 L# u     1. 由于滑移過程緩慢，可以采用靜力分析。 $ l. T4 n/ w* T5 b$ ]    2. 通過計算，認為滑移過程中變形過大，因此增加中間滑道； & ~+ L9 E0 B% U$ Z1 x& J    3. 采用三滑道六軌道，對滑移過程中的同步性要求較高； 9 k3 y, ~7 L% R' T1 v* i    4. 由于桁架下弦標高不一致，因此采用樹狀支撐進行調(diào)平。 - j6 R5 F9 C% x7 ^% a$ `    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(wěn)性。 ( L, n1 e4 j3 ]2 J6 j 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(yīng)變進行模擬；當(dāng)然最好開發(fā)一種新單元模擬。     2. 對遠離爬行器的位置施加水平約束。         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： 8 ]! L+ H' L# q4 k& S6 J     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(xiàn)。     2. 滑移安裝時要求的作用面較少，較為穩(wěn)妥，但難以鋪開作業(yè)；     3. 由于軌道面一般不為結(jié)構(gòu)面，滑移就位后還要進行卸載。 ; w1 w& N& F  C+ F5 S2 y* u5 a         鄭州機場鋼結(jié)構(gòu)滑移     卸載過程 采用液壓設(shè)備進行卸載的要點     1. 液壓設(shè)備的選用與初始壓力、卸載過程中的壓力相關(guān)； : A, T4 e5 e( i# t    2. 總卸載位移量要考慮結(jié)構(gòu)初始變形、卸載完成之后的變形以及支撐部分的變形； ( N/ }9 E  A2 s    3. 采用整體同步卸載比分塊同步卸載有利，但要實現(xiàn)整體同步卸載要求每個卸載點的油缸有一個油泵供油。 - }# ~% g0 u; M    4. 采用分塊卸載時，要經(jīng)過復(fù)雜的卸載分析比較才能夠確定卸載順序；     5. 由于液壓設(shè)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(yīng)該根據(jù)計算明確，并且以mm為單位進行控制；要根據(jù)確定之后的卸載量進行卸載分析。     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 2 v) Q% l0 w0 M2 Z& c% W         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 - M- A- |% T9 [  Z! v5 B: i1 S     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(xiàn)多荷載步分析、自動提取結(jié)果；     2. 應(yīng)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； 3 v7 b. t! Y8 w. J; R8 y5 T    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。     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(zhuǎn)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(fā)一種新的單元會使分析更加精確；     5. 結(jié)構(gòu)在卸載過程的脫開，使卸載過程表現(xiàn)出非線性的特點，在分析時要特別加以注意； $ Y& k# T+ H3 W& M7 j3 h    6. 卸載支撐點與油缸作用點的局部荷載較大，應(yīng)該進行局部分析，一般盡可能使荷載作用于桁架內(nèi)部加勁的位置。 / h$ t; g" a* @, I9 u, o5 Q6 ^         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     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(nèi)部設(shè)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(nèi)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。   n9 j. h0 j3 ~             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。 ' d3 t" Y9 J% v4 W' B* f* y    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；     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。     6. 滑移采用鋼鉸線牽引。 & n  j$ g% o  v9 {. {4 w

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