地震模擬振動臺作動器預(yù)埋連接件安裝施工技術(shù)

陳雷，康建軍 （安徽三建工程有限公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

模擬地震振動臺是在試驗室中研究結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和破壞機理的最直接方法，還可用于研究結(jié)構(gòu)動力特性、設(shè)備抗震性能以及檢驗結(jié)構(gòu)抗震措施等內(nèi)容。

地震模擬振動臺系統(tǒng)主要由振動臺臺面、液壓驅(qū)動和動力系統(tǒng)、測試和分析系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。振動臺臺面具有一定的厚度和剛度，截面尺寸根據(jù)試驗的需求來確定，通常在振動臺上安裝多個作動器來協(xié)調(diào)推動振動臺運動。作動器與預(yù)埋在大質(zhì)量、高剛度的混凝土基礎(chǔ)里的連接件通過安裝板相連。作動器連接件安裝精度要求高，達到毫米級，其安裝精度對振動臺設(shè)備安裝及試驗精確度影響很大。

1 工程概況

安徽建筑科學研究設(shè)計院抗震檢測實驗室工程，建筑面積3540.98m。地震模擬系統(tǒng)為3m×3m三向六自由度振動臺系統(tǒng)，引進美國MTS公司設(shè)備。振動臺通過八個激振作動器與預(yù)埋在混凝土基礎(chǔ)里的作動器連接件相連接，分別為X向兩個連接件、Y向兩個連接件、Z向四個連接件。振動臺基礎(chǔ)采用開口箱形固定基礎(chǔ)，外形幾何尺寸為11m×11.3m×7.5m，混凝土強度等級C30。見圖1、圖2所示。

圖1 振動臺基礎(chǔ)平面圖

圖2 振動臺基礎(chǔ)剖面圖

作動器連接件預(yù)埋安裝精度要求：作動器安裝板位置允許偏差±2mm，Z方向作動器安裝板必須在重力方向（水平度）允許偏差±1mm，彼此共平面允許偏差±2mm，X、Y方向作動器的安裝板垂直度允許偏差±1mm，與“X”基準軸和“Y”基準軸的平行度允許偏差±1mm。

2 總體施工思路

①在工廠制作振動臺作動器預(yù)埋連接件各單件及組裝各單件的鋼骨架，利用鋼骨架把多個預(yù)埋連接件組成高精度組件。為了運輸方便，拆解各單件及鋼骨架運至施工現(xiàn)場，再次拼裝成組件。組件經(jīng)檢測合格后吊至振動臺基礎(chǔ)設(shè)計位置。用高精密度測量儀器測控，調(diào)整作動器連接件位置。

②為提高作動器連接件安裝精度，混凝土分四次澆筑完成。第一次：-7.5m至-6.2m，高度1.3m，混凝土約211m；第二次：-6.2m至-3.38m，高度2.82m，混凝土約 469m；第三次：-3.38m至-1.6m，厚度1.78m，混凝土約229.8m；第四次：-1.6m 至 0m，厚度1.6m，混凝土約207m。混凝土澆筑間隔20d左右。

3 工藝流程

施工準備→作動器預(yù)埋件連接件進場驗收→作動器預(yù)埋件拼接組裝→作動器預(yù)埋連接件定位放線→作動器連接件組件吊裝就位→作動器連接件組件位置測調(diào)→作動器預(yù)埋連接件加固→作動器預(yù)埋連接件驗收→作動器安裝板就位→測調(diào)作動器安裝板標高及垂直度→作動器安裝板四周灌漿→作動器安裝板驗收。

4 施工方法

4.1 施工準備

①根據(jù)工程設(shè)計圖紙、施工工藝及相關(guān)要求等，編制試驗方案，進行試驗段制作，對試驗過程中出現(xiàn)的問題進行分析，進一步優(yōu)化改進施工方案。

②作動器預(yù)埋連接件、安裝板單件工廠制作，檢測合格，并用鋼架把作動器預(yù)埋連接件組拼成組件。各單件進行編號，堆碼整齊。見圖3～圖7所示。

圖3 作動器連接件及安裝板單件圖

圖4 Z向作動器連接件組件立面圖

圖5 Z向作動器連接件組件平面圖

圖6 X、Y向作動器預(yù)埋組件正面圖

圖7 X、Y向作動器預(yù)埋組件側(cè)面圖

③對技術(shù)人員和作業(yè)工人進行技術(shù)培訓和安全技術(shù)交底。

④供電及各種機械設(shè)備正常運行，滿足施工需要。

4.2 作動器預(yù)埋件連接件進場驗收

作動器預(yù)埋連接件的進場質(zhì)量驗收檢驗是一個重要的關(guān)鍵點。具體檢測標準及方法如下。

①檢查作動器預(yù)埋連接件的材質(zhì)報告，出廠合格證，復(fù)檢報告等。

②鋼板截面尺寸及平整度：用游標卡尺及靠尺測量誤差不應(yīng)超過±1mm。

③預(yù)埋鋼管及螺栓：鋼管壁厚用游標卡尺測量，誤差不應(yīng)超過±0.5mm；長度用鋼卷尺測量誤差不應(yīng)超過±1mm；螺栓直徑用游標卡尺測量，誤差不應(yīng)超過±0.5mm；長度用鋼卷尺測量誤差不應(yīng)超過±1mm。

④整個施工周期采用同一檢測工具。

4.3 作動器預(yù)埋連接件安裝方法

4.3.1 作動器預(yù)埋件拼接組裝

振動臺作動器連接件各單件運輸至施工現(xiàn)場，在平整的場地上，把作動器連接件各單件及輔料5#槽鋼，按照工廠預(yù)拼裝的圖紙，組拼作動器預(yù)埋連接件成整體。振動臺作動器連接件組件組裝好后，對其尺寸精度進行復(fù)測，作動器預(yù)埋連接件鋼管位置允許偏差±1mm，螺桿頂部允許偏差±2mm。

4.3.2 作動器預(yù)埋連接件定位放線

根據(jù)振動臺基礎(chǔ)定位圖及作動器連接件預(yù)埋施工圖，在±0.00混凝土結(jié)構(gòu)樓層選擇合適位置，用經(jīng)緯儀、大鋼尺以建筑物軸線引出作動器預(yù)埋件定位控制線。以此控制線作為振動臺基礎(chǔ)及預(yù)埋件的唯一基標，見圖8所示。當控制線與預(yù)埋件組件連桿標定的中線一致時，則作動器連桿預(yù)埋件位置準確。

圖8 作動器預(yù)埋連接件控制線圖

根據(jù)施工進度及工藝要求，把控制線分別引測至-6.20m標高及-1.6m標高混凝土面上。作為吊裝及校正作動器預(yù)埋連接件的基準參考。

4.3.3 作動器連接件組件吊裝就位

用12t汽車吊把檢測合格的作動器連接件組件吊裝至在組件支撐上就位。垂直作動器預(yù)埋連接件組件總重約2t，水平作動器預(yù)埋連接件組件重量約1t。采用帆布吊繩綁扎，緩慢吊起放在預(yù)定位置。

4.3.4 作動器連接件組件平面位置測調(diào)

在振動臺作動器預(yù)埋連接件控制線上架設(shè)經(jīng)緯儀，測調(diào)預(yù)埋連接件組件的位置。兩個方向同時架設(shè)經(jīng)緯儀，當經(jīng)緯儀視準線、預(yù)埋連接件控制線、預(yù)埋連接件組件上的標志線一致時，則振動臺作動器預(yù)埋連接件位置正確。反復(fù)測調(diào)，控制誤差不大于1mm。用電子經(jīng)緯儀測量組件螺栓上端頂部標高，采用千斤頂、撬棍等輔助工具，調(diào)整組件螺栓上端標高符合設(shè)計要求，各點標高誤差不大于1mm。

4.3.5 作動器預(yù)埋連接件加固

在澆筑好的-6.2m標高的混凝土面上采用鋼板和膨脹螺栓設(shè)置固定點，按圖尺寸確認無誤后，將四套Z向作動器預(yù)埋件采用槽鋼分別垂直、斜拉可靠焊接至-6.2m筏板固定點上。見圖9所示。以防混凝土在澆筑時鋼筋網(wǎng)整體晃動影響預(yù)埋件尺寸，確保四套Z向作動器預(yù)埋件無晃動、無下沉。

圖9 Z向作動器連接件固定圖

在澆筑好的-1600mm混凝土面上采用鋼板和膨脹螺栓設(shè)置固定點，按圖尺寸確認無誤后，將X、Y向各兩套作動器預(yù)埋件采用槽鋼分別垂直、斜拉可靠焊接至基坑-1.6m底部固定點上，見圖10所示。以防混凝土在澆筑時，鋼筋網(wǎng)整體晃動影響水平作動器預(yù)埋件尺寸，確保X、Y向各兩套作動器預(yù)埋件無晃動、無下沉。

圖10 X、Y向作動器連接件固定圖

4.3.6 動作器預(yù)埋連接件驗收

作器預(yù)埋連接件加固后，進行振動臺基礎(chǔ)鋼筋分項工程、模板分項工程及混凝土分項工程施工。在澆筑混凝土之前，再次利用鋼尺，水準儀、經(jīng)緯儀對安裝完成的作動器預(yù)埋件各項指標進行檢測。進行混凝土澆筑時，應(yīng)避免碰觸預(yù)埋件，防止埋件擾動移位。振動臺大體積混凝土保溫保濕養(yǎng)護14d后,方能拆除模板，利用鋼尺，水準儀、經(jīng)緯儀等對安裝完成的作動器預(yù)埋件各項指標進行檢測，振動臺作動器連接件尺寸、標高允許偏差均控制在±2mm范圍內(nèi)。

4.4 作動器安裝板安裝調(diào)試方法

4.4.1 作動器安裝板就位

就位作動器安裝頂板前，先將各作動器安裝板預(yù)埋件坑清理干凈，復(fù)核預(yù)埋的作動器連接件位置是否符合要求。如誤差較大，在取得建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)備廠家代表認可的情況下，適當修改鋼架結(jié)構(gòu)找正。將預(yù)埋件連接桿螺紋端涂上二硫化鉬并擰上螺母。用吊車起吊安裝板緩慢插入螺栓就位。

4.4.2 測調(diào)作動器安裝板水平標高及垂直度

采用紅外線儀器、水準儀及經(jīng)緯儀等工具，以控制線、控制標高為基準，利用安裝板三向調(diào)整螺栓進行X、Y、Z向的尺寸微調(diào)，達到四塊Z向作動器頂板垂直方向（水平度）小于±1mm，彼此共平面小于±2m；X、Y向各兩塊作動器頂板垂直度小于±1mm，與“X”基準軸和“Y”基準軸的平行度小于±1mm，并做好記錄。

4.4.3 作動器安裝板四周灌漿

作動器連接安裝板調(diào)試合格后，把安裝板四周與混凝土基礎(chǔ)之間縫隙進行二次灌漿料施工。灌漿料使用不收縮水泥漿。灌漿前用泡沫環(huán)或同等材料阻止?jié){料進入套管與拉桿接觸。水平作動器安裝板與基礎(chǔ)縫隙支模。按照水泥漿的使用性能，拌制灌漿料?；A(chǔ)混凝土沖洗干凈，將灌漿料分次完全填滿空隙，安裝板下面和后面不能有任何氣孔或孔洞。灌漿料施工完畢后,再進行一次尺寸復(fù)核，確保尺寸數(shù)據(jù)無變動。水泥干燥硬化后，將螺母擰至扭矩為105N·m。

4.4.4 作動器安裝板驗收

采用紅外線儀器、水準儀及經(jīng)緯儀等工具，以控制線、控制標高為基準測量，四塊Z向作動器頂板垂直方向（水平度）小于±1mm，彼此共平面小于±2mm；X、Y向各兩塊作動器頂板垂直度小于±1mm，與“X”基準軸和“Y”基準軸的平行度小于±1mm；作動器安裝板位置偏差小于±2mm驗收合格，為下一步安裝模擬地震振動臺設(shè)備提供了條件。

5 質(zhì)量保證措施

①執(zhí)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》(GB50017-2017)、《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50205-2001)、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50204-2015)和《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》(GB50300-2013)等相關(guān)規(guī)范和設(shè)計圖紙的工藝要求標準規(guī)定，嚴格進行質(zhì)量控制。

②編制振動臺作動器預(yù)埋連接件專項施工方案，經(jīng)專家論證，報相關(guān)單位審核通過后實施。

③施工前對管理人員及操作工人進行各分項技術(shù)交底，把工序重點、難點交代清楚，讓每個人充分理解方案的精髓。

④嚴把原材料及半成品進場驗收關(guān)。進場必須進行驗收，不符合要求的，必須返廠，嚴禁使用。

⑤實施過程中，技術(shù)人員跟班作業(yè)，指導施工，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

⑥施工過程做好測量記錄，留下影像資料，便于事后分析改進。

6 結(jié)束語

本工程通過地震模擬系統(tǒng)振動臺作動器預(yù)埋連接件安裝施工，有效地解決了高精度作動器連接件安裝難題，且安全可靠，施工方便，易于質(zhì)量控制。實踐證明，只要通過合理的施工技術(shù)措施，利用工廠專用設(shè)備制作高精度作動器連接件單件,并組拼調(diào)試合格，各單件及鋼支架運至施工現(xiàn)場進行安裝，就能解決這一技術(shù)難題，對于類似高精度預(yù)埋件安裝施工具有現(xiàn)實的參考借鑒意義。