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      基于PKPM大型鋼梁豎向位移精準控制技術(shù)研究

      2021-08-11 01:23:47王志偉
      關(guān)鍵詞:位移受力分析三維建模

      王志偉

      【摘要】在工業(yè)廠房中特別是老舊鋼結(jié)構(gòu)廠房改造,對于大跨度大型型鋼梁的設(shè)計和受力分析十分重要,鑒于現(xiàn)有的CAD 等平面計算機輔助設(shè)計很難達到精確控制其位移和形變量的要求,因此我們就需要結(jié)合PKPM等三維設(shè)計建模對現(xiàn)場條件和各部分受力情況進行精確建模和準確分析,已達到精確控制大型鋼梁位移和形變精確控制的目的。

      【關(guān)鍵詞】鋼梁;形變;位移;受力分析;三維建模

      【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

      16.100

      1、項目背景

      攀鋼釩950生產(chǎn)線廠房建于上世紀70年代,結(jié)構(gòu)老化,屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、跨距大,改造部位的混凝土屋面板重達110t,且廠房凈空高度低。在保留原廠房混凝土屋架及屋面系統(tǒng)的前提下,完成更換屋面系統(tǒng)托架梁改造難度非常大。同時對于新托架梁由于跨度由原來的6米增加到新的30米,如何對新的大跨度的托架鋼梁進行精確的受力分析,達到精確控制其形變和位移的目的,尤為重要。

      2、主要研究的內(nèi)容及目標

      在滿足設(shè)計工藝要求的前提下,結(jié)合改造過程中的技術(shù)難點,經(jīng)過研究擬采用“大型鋼筋砼屋面體系整體荷載轉(zhuǎn)移抽柱托梁”施工工藝,該工藝主要包含以下內(nèi)容。

      2.1 大型型鋼梁豎向位移精準控制技術(shù)研究

      主要包含:混凝土屋面及附加荷載的理論計算、新托架梁的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計以及新托架梁預(yù)起拱高度值設(shè)計等。

      目標:達到新托架梁的豎向彈性形變的精準控制同時滿足強度要求。

      2.2 屋面系統(tǒng)、新舊托架梁之間荷載轉(zhuǎn)移施工工藝研究

      主要包含:研究屋面系統(tǒng)和屋架系統(tǒng)整體荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移工藝,確保原屋架系統(tǒng)的荷載通過“屋面整體荷載轉(zhuǎn)移裝置”安全、高效地轉(zhuǎn)移至新增托架、柱上的方法及施工工藝。制定出科學合理施工工藝流程。

      目標:通過發(fā)揮自身的技術(shù)實力,研究出一套“大型鋼筋砼屋面體系抽柱托梁荷載平穩(wěn)轉(zhuǎn)移技術(shù)研究”成果,并在后續(xù)類似工程項目中得到推廣應(yīng)用。達到優(yōu)質(zhì)高效的完成舊廠房改造目的,增強公司的競爭力。

      2.3 專用荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計與制作安裝工藝研究

      主要包括:荷載轉(zhuǎn)移裝置的外形設(shè)計、材料的選擇、所用設(shè)備的選擇、裝置各部件的連接方式、制作方法的研究。設(shè)計并制作出適應(yīng)現(xiàn)場實際條件的專用荷載轉(zhuǎn)移裝置。

      3、工藝研究過程

      3.1 托架梁豎向位移精準控制技術(shù)研究

      為確保新托架梁更換后整個屋面系統(tǒng)不產(chǎn)生較大豎向位移,實現(xiàn)荷載平穩(wěn)、安全轉(zhuǎn)移,在施工前設(shè)計人員對6塊混凝土屋面板以及相關(guān)附屬結(jié)構(gòu)進行詳細的調(diào)查和計算,同時利用鋼結(jié)構(gòu)模擬PKPM軟件進行強度校核和豎向位移模擬,均達到控制要求。其中豎向位移最大為20.2mm, 設(shè)計人員根據(jù)計算機模擬情況,針對性的對托架梁起拱值進行設(shè)計,確保了整個屋面系統(tǒng)不產(chǎn)生較大豎向位移,實現(xiàn)了精準控制。

      3.2 屋面系統(tǒng)、新舊托架梁之間荷載轉(zhuǎn)移施工工藝研究

      3.2.1 工藝原理設(shè)計

      屋面系統(tǒng)荷載轉(zhuǎn)移方法設(shè)計原理:利用液壓頂升器帶動2、3號柱柱頂支座連同屋架及屋面系統(tǒng)整體拉起,同時通過自身的橫梁將向上的拉力轉(zhuǎn)化成對新托架梁向下的壓力,從而實現(xiàn)對新梁的預(yù)壓(20mm),當1#柱和新增柱之間的屋架系統(tǒng)、屋面系統(tǒng)和舊托架梁通過液壓頂升器連同節(jié)點支座全部提起,并與2#柱、3#柱柱頂脫離接觸時表明以上三個系統(tǒng)重量已全部轉(zhuǎn)移至新托架梁上,整個過程就需要嚴格控制起升速度,從而實現(xiàn)整合的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。

      3.2.2 ?荷載轉(zhuǎn)移過程受力分析

      荷載轉(zhuǎn)移過程舊托架梁連同2#、3#柱頂支座和屋面系統(tǒng)整體受到向上拉力,同時新托架梁受到向下的壓力,由于舊托架梁沒有預(yù)先拆除,新托架梁在焊接到1#、新增柱頂支座上后,此時新托架梁、舊托架梁、屋架梁、屋面系統(tǒng)為一個整體,因此荷載轉(zhuǎn)移過程實際上是該整體結(jié)構(gòu)內(nèi)部力的轉(zhuǎn)化,通過計算機模擬分析1#、新增柱柱頂支座和新托架梁兩端沒有豎向位移,新梁中部位移最大,整個屋架及屋面系統(tǒng)基本沒有上升位移,新梁在屋架及屋面系統(tǒng)作用下對預(yù)先起拱值抵消,最終產(chǎn)生豎向位移在設(shè)計范圍內(nèi)。整個荷載轉(zhuǎn)移過程屋面相對位置基本沒有變化(2mm豎向位移),這就對新梁的設(shè)計和荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計制作提出較高的水平要求。

      3.3 專用荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計與制作工藝研究

      (1)荷載轉(zhuǎn)移裝置下段現(xiàn)場制作安裝

      在現(xiàn)有屋架支座的四周搭設(shè)操作平臺,然后用20mm鋼板在原有柱頂屋架支座頂板上焊接荷載轉(zhuǎn)移支架裝置下段。現(xiàn)有鋼屋架和混凝土屋架支腿間有150mm的間隙,先用450×530×20mm的鋼板從縫隙中穿過去安裝在縫隙的正中間。然后用4塊325×530×20mm的鋼板進行加筋。各角焊縫的高度不得低于14mm,焊縫外觀質(zhì)量不低于三級。

      (2)荷載轉(zhuǎn)移裝置上段、橫梁制作安裝

      在荷載轉(zhuǎn)移支架下段的正上方用20mm的鋼板和工25a型鋼焊接荷載轉(zhuǎn)移裝置上半段部分。先將20mm鋼板在安裝位置拼成900×220×20×20的H型鋼 ,然后在H鋼上方焊接一根長700mm的25a工字鋼作為荷載轉(zhuǎn)移裝置的橫梁。

      (3)下壓裝置的制作安裝

      在現(xiàn)有屋架制作的兩側(cè)用工25a型鋼焊接下壓裝置。下壓裝置安裝在現(xiàn)有屋架軸線兩側(cè),與新托架的上弦頂面進行焊接。

      (4)平衡梁、平衡千斤頂?shù)闹谱靼惭b

      平衡梁的作用為:在主千斤頂工作時防止千斤頂頂偏導致橫梁歪斜的安全保護措施,在上部橫梁上增設(shè)4根橫梁,采用工25a型鋼長度300mm與主梁對接焊接。平衡千斤頂作用為:在不均勻受力的一側(cè)用10t的平衡千斤頂進行調(diào)平。使得主梁平穩(wěn)垂直上升。

      結(jié)語:

      通過本課題研究,形成了一項“整體頂升大型結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)抽柱換梁施工工藝”成果,實現(xiàn)了投資成本低、施工工期短、安全可靠性高、環(huán)保效果好的目的,取得了在復(fù)雜現(xiàn)場情況下對老舊結(jié)構(gòu)廠房的更新改造經(jīng)驗,達到了良好的效果。

      參考文獻:

      [1]高光虎.多高層輕型鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計.建筑結(jié)構(gòu),2001.

      [2]穆國禹.淺談鋼結(jié)構(gòu)施工的安全防護措施[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu),2018(01).

      [3]李建軍.土木工程鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的有關(guān)問題初探[J].建材與裝飾,2018(03).

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