[摘要] 介绍钢结构滑移施工技术的滑移单元的划分和滑移的同步控制等设计和施工过程中的几个关键技术,并简要介绍了在几个工程中的应用。

[关键词] 空间钢结构;施工技术;曲线滑移技术

1 　滑移施工技术  滑移工艺是利用能够控制同步的牵引设备,将分成若干个稳定体的结构沿轨道,由拼装位置水平移动到设计位置的施工工艺。该工艺的优点是可解决大量吊装设备无法辐射位置的结构安装难题,节约施工场地,对吊装设备要求低。缺点是要求结构平面外刚度大,需要铺设轨道,多点牵拉时同步控制难度大。

1.1 　滑移单元和胎架设计

(1) 滑移单元　根据工程设计的结构特点和结构滑移方式合理划分滑移单元。划分滑移单元的原则主要有: ①滑移单元必须是自稳定的结构体或通过加固和架设临时支撑形成稳定的滑移单元,滑移就位后将临时支撑拆除; ②牵引设备有足够的牵引能力。

(2) 胎架的设计　胎架设计主要包括2 类:固定的拼装胎架和可移动的滑移式胎架。固定式胎架的作用相当于通常的拼装平台,考虑结构自重、风荷载和施工荷载的影响。滑移式胎架还可以充当运送结构单元的平台,设计时需要考虑桁架荷载、施工临时活荷载及脚手架胎架自重,滑移时还需要根据滑移速度进行惯性力和风荷载的计算。

1.2 　滑移方式  结构单元滑移时为减小移动时的阻力,一般采用“滑动”或“滚动”两种方式。滑动机构采用主要成分为聚四氟乙烯的高分子材料制成的“滑移垫”,其摩擦系数约为0.04～0.05 。滚动机构主要采用单个或1 组车轮、滚棒、滚轴等作为活动装置,其摩擦系数约为0.01～0.02 ,但考虑到其他因素的影响,如现场环境条件(滑移频率较低,工期较长导致接触面性质发生改变)和滑移过程中牵引力方向等,实际工程中摩擦系数取0.1～0.2 。如图1 所示。

1.3 　滑移轨道   滑移轨道的布装位置是由滑移方案根据现场条件确定。通常有2 种方式: ①需要架设支撑装置,如在柱顶之间增设托架,在托架上布置滑轨; ②将轨道直接布置在现有结构构件上,如梁或楼板上。轨道形式多样,对于小跨度采用扁钢、圆钢和角钢;对于中等跨度可以选用槽钢、工字钢;大跨度则采用钢轨(43～55kgPm) 。对轨道下结构的加固是布置滑移轨道工序中的重要组成部分,将滑移过程中产生的支承反力以移动荷载形式作用于轨道上,对支撑轨道的结构构件运用影响线原理进行结构最不利内力的验算。结构的加固方式主要有柱间架设辅助桁架,楼板下增设钢管支撑等,在滑移特重结构时可以借鉴铁路铺装形式采用铺设枕木来分散集中荷载。滑移轨道的铺设误差必须符合下面规定: ①同一条轨道轨顶高差≤1mm; ②轨道接头处中心线偏差≤3mm。水平导向轮可设置在轨道两侧,导向轮与滑轨间距离为10～20mm。轨道摩擦表面涂黄油以减少摩擦

阻力。轨道侧面还可以标注长度,作为滑移时位移同步控制的辅助手段。

1.4 　滑移牵引装置和牵引力的计算  滑移的牵引方式有“推”、“拉”和“牵引”3 种类型。拉的方式主要是将千斤顶或卷扬机安放在结构前进方向一侧,与支承结构分别设置。采用推和牵引的方式时机械装置通常都设置在各个支承部位或支承单元上。

1.4.1 　牵引力的计算  牵引速度应≤1.0m/min ,牵引力可按滑动摩擦和滚动摩擦分别参考下式进行计算。

(1) 滑动摩擦  F ≥μ1γGc

式中, F 为启动牵引力;μ1 为滑动摩擦系数;γ为施工安全储备系数,一般取1.5 ; Gc 为滑移单元重力荷载标准值。

(2) 滚动摩擦  F ≥( k/r1 + μ2 r/r1 )γGc

式中,μ2 为滚动摩擦系数; k 为钢轨与钢轮间距,取0.5mm; r1 为滚轮的外半径, r 为轴的外半径;其它符号意义同滑动摩擦力计算公式。

1.4.2 　牵引装置    牵引装置一般可以采用卷扬机、液压千斤顶。

(1) 固定牵引形式   固定牵引通常采用的是在滑移轨道端头布设卷扬机,对滑移单元进行水平牵拉。选用慢速卷扬机控制牵引速度≤1m/min。如滑移时速度过大可通过设置减速滑轮车组进行调解。固定牵引形式的牵引机械还可以采用液压千斤顶。液压千斤顶与卷扬机相比具有牵拉位移控制精度高、便于计算机控制等特点,但牵拉过程耗时较多。固定牵引形式必须在牵引末端适当位置安放反力架,以平衡牵引反力,如反力架设置在结构物上,应对结构物进行验算。使用2 台以上的卷扬机同时牵引时,卷扬机型号、所使用的钢丝绳应相同且马达必须同电流,以确保同步牵引。

(2) 运动牵引形式  图2 为运动牵引形式的例子,水平液压千斤顶由夹具提供支承附着在轨道梁上,对滑移单元实施牵拉。同理改变滑移单元运动方向就变为了用液压千斤顶推动单元的滑移形式。

1.5 　滑移的同步控制

1.5.1 　卷扬机牵拉同步控制  采用多台卷扬机同时牵拉滑移单元,因牵拉支座处摩阻力及牵拉力不同影响滑移同步,施工就应采取相应的措施来保证滑移同步。

(1) 采用改装卷扬机,设计专用的控制柜,多台卷扬机既可以同时启动,又可以单独工作纠偏。

(2) 在滑移轨道上设置刻度标尺。每格5cm,1m 为1 个大区格,各柱间为1 个控制单元,多条轨道上同时向卷扬机控制总台报数,如不同步值超出限值,即可作相应的停滑处理。

(3) 合理设计滑轮组机构,在减小单绳牵拉力的同时,尽量减小各台卷扬机牵拉力的差距。

1.5.2 　液压牵引的同步位移控制  在滑移系统中,每个牵拉点均布置1 台激光测距仪。在滑移过程中激光测距仪可以随时测量构件当前的位移,并实时传送给主控计算机。每个随动牵拉点

与主牵拉点的相对位置情况可以用激光测距仪测量的距离差值反映出来。主控计算机根据跟随动牵拉点当前的位置差来决定相应比例阀的控制量大小,从而实现每一跟随动牵拉点与主牵拉点的位置同步。为了提高构件的安全性,每个液压千斤顶都布置了油压传感器,主控计算机可以通过现场实时网络监测每个牵拉点的载荷变化情况。如果牵拉点的载荷有异常的突变,则计算机会自动停机,并报警示意。

2 　工程实例

(1) 深圳机场二期扩建航站楼钢屋盖为135m 跨“鹏形”曲线钢桁架体系,施工滑移采用高空分榀组装、单元整体滑移、累积就位、三点牵拉、同步横向滑移工艺,成功地解决了施工中有较大水平外推力作用的钢管桁架整体、横向稳定性控制的难题及滑移轨道的设计、制作、安装难题。

(2) 广州(新) 白云国际机场航站楼采用以人字柱支撑的大跨度双曲面钢屋盖,平面尺寸为314m(长) ×212m(宽) ,如图3 所示。安装方案选择了多轨道、变高度胎架、曲线滑移、分组安装施工工艺,解决了空间曲面屋盖体系的安装就位难题。如图4 所示。

(3) 沈阳桃仙机场二期扩建航站楼屋盖总重3 000t ,桁架长96.4m,采用分段拼装、胎架滑移工艺,3d安装2 榀,仅用93d 时间完成了23 榀主桁架吊装,节约了工期,如图5 所示。

(4) 哈尔滨体育会展中心钢屋盖由35 榀张弦桁架构成,每榀桁架跨度达128m。施工采用整体吊装、分片累积、高低跨不等标高同步滑移施工工艺,滑轨高差15.2m,牵引设备采用液压千斤顶计算机同步控制系统,是我国滑移施工跨度最大的张弦结构工程。如图6 所示。

3 　结语   近年来滑移施工工艺逐步发展、完善和不断创新,主要变现为以下几方面:

(1) 滑移主体由桁架滑移→胎架滑移→桁架与胎架整体滑移→桁架与支撑柱整体滑移,滑移方式随结构形式不断调整。

(2) 滑移轨道由直线→圆弧曲线,由2 点同步滑移→3 点、4 点同步滑移,同步控制要求逐步提高。

(3) 滑移方式由钢板间滑动→不锈钢板与特氟隆板滑动→滑动、滚动协同→滚动,滑动系数不断降低。

(4) 牵引系统由卷扬机单独牵拉,操作人员报数控制→多台卷扬机联动,单动双重控制,全站仪三维连续监控→液压千斤顶牵引,计算机同步控制。同步控制技术不断提高。                           《施工技术》