一种钢桁架结构分段高空对接并同步卸载方法与流程

本发明属于钢桁架施工技术领域，尤其涉及一种钢桁架结构分段高空对接并同步卸载方法。

背景技术：

目前，钢桁架结构发展迅猛，很多机场、车站、体育馆等建筑都广泛采用该类结构形式，该类型结构通常情况下跨度较大，能够满足建筑功能对空间的要求，但施工安装时面临难以一次性安装就位的难题，通常的处理方法是采用在桁架跨长方向设置若干临时支撑架，进行分段吊装，高空对接完成整榀桁架的安装就位。此种方法涉及到临时支撑架拆除前原结构卸载的问题，若卸载方案不当，很容易导致原有结构产生较大下挠度、局部杆件超应力、节点连接出现破坏，严重时甚至会导致原有结构崩塌。

技术实现要素：

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种钢桁架结构分段高空对接并同步卸载方法，可以为大跨度平面桁架高空对接提供临时支撑和胎架，有效地解决大跨度平面桁架采用分段吊装安装方法难以控制质量的问题，采用逐步抽离垫板的方式分级卸载，每级卸载行程为一块垫板的厚度，卸载过程平稳可控，可以避免因卸载方案不当引起的原有结构产生较大下挠度、局部杆件超应力、节点连接出现破坏、甚至是结构崩塌，实现桁架结构的同步卸载。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种钢桁架结构分段高空对接并同步卸载方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)临时支撑架的制作及安装：临时支撑架的各杆件通过焊接连接成整体，然后通过后置埋板将临时支撑架固定在原有混凝土结构上，其中临时支撑架安装时可根据工程具体情况自下而上进行分段安装或整体安装；

(2)操作平台的制作及安装：先将第一钢梁与临时支撑架的四根支柱的顶部通过焊接进行连接，然后将第二钢梁、中心钢梁分别与第一钢梁通过螺栓进行或焊接连接，再将第三钢梁通过螺栓或焊接与第二钢梁、中心钢梁进行连接，接着将悬挑钢梁通过栓焊或全焊与第一钢梁进行刚性连接；

(3)胎架的制作及安装：先将上牛腿梁和下牛腿梁分别焊接在立柱的一侧，然后将立柱的根部与中心钢梁的上翼缘板通过焊接连接成整体，再将斜拉杆的一端焊接在立柱上，将斜拉杆的另一端焊接在悬挑钢梁上，使得临时支撑架、操作平台和胎架连接成安装钢桁架对接临时固定装置；

(4)桁架吊装就位：桁架根据工程具体情况进行分段，在每个分段处设置上述对接临时固定装置，利用起重设备将桁架的分段单元吊装至高空，就位分以下两种情况：

(a)桁架分成两段：

将桁架的分段单元一端固定在支座上，另一端搁置在胎架上，并用钢丝绳或限位装置对桁架进行面外临时固定；

(b)桁架分成两段以上：

①桁架中部分段单元安装

将桁架中部分段单元的两端均临时固定在胎架上，并用钢丝绳或限位装置对桁架进行面外临时固定；

②桁架端部分段单元安装

将桁架的分段单元一端固定在支座上，另一端搁置在胎架上，并用钢丝绳或限位装置对桁架进行面外临时固定；

(5)桁架分段高空对接并永久固定：桁架按照设计要求，在各分段处完成高空对接并永久固定；

(6)千斤顶就位：将支撑底板焊接固定在第二钢梁与第三钢梁的顶面上，再将千斤顶放置在支撑底板的正中间，然后将千斤顶的底座通过l型固定板焊接固定在支撑底板上，完成千斤顶的安装就位，接着将u型扣帽与第一不锈钢板焊接成整体，然后将其整个倒扣在千斤顶的顶部，并在第一不锈钢板的顶面涂润滑油；

(7)安装第一u型套槽：先将第一u型套槽与第二不锈钢板焊接成整体，然后将第一u型套槽正扣在桁架的下弦杆上，并通过断焊进行固定，第一u型套槽的位置与千斤顶顶部的u型扣帽位置相对应，然后调节千斤顶，使第一不锈钢板和第二不锈钢板紧密接触；

(8)拆除胎架、安装下垫梁：先将胎架拆除，然后将下垫梁塞入到桁架和操作平台之间的空档区域，然后将下垫梁焊接固定在中心钢梁的中部；

(9)安装第二u型套槽：将第二u型套槽正扣在桁架的下弦杆上，并通过断焊进行固定，第二u型套槽的位置与下垫梁的位置相对应；

(10)安装限位钢销棒和限位板：将限位钢销棒焊接垂直固定在下垫梁的上翼缘板上，然后往第二u型套槽与下垫梁之间的空间内填入垫板，每放入一块垫板，同时放入一块限位板，限位板配合限位钢销棒将垫板限位在下垫梁上，垫板填入的数量根据具体情况确定，只要保证最上层垫板和第二u型套槽之间的垂直高度小于或等于一块垫板的厚度；

(11)逐步卸载：将千斤顶的行程下调，下调距离为一块垫板的厚度值，然后拿掉一块限位板，并抽离一块垫板，再将千斤顶的行程下调，继续抽离垫板，循环该操作，直至第一不锈钢板与第二不锈钢板的接触面自然脱开，卸载结束。

进一步，步骤(4)中的(a)步骤桁架的分段单元另一端搁置在胎架上的具体做法为将桁架的下弦杆、上弦杆分别搁置在下牛腿梁、上牛腿梁上，通过胎架临时支撑桁架的一端，配合支座达到支撑平衡状态。

进一步，步骤(10)中垫板安装在下垫梁上的具体做法为先通过垫板上的固定槽连接限位钢销棒，再从上向下将限位板插入到t型槽内，通过限位板将限位钢销棒限制在固定槽内，无法脱离，从而实现垫板限位固定在下垫梁上，安装简单，操作性低，有效提高施工效率。

进一步，步骤(6)中千斤顶固定在支撑底板上的具体做法为先将千斤顶底座的相邻两边通过l型固定板焊接固定在支撑底板上，完成相邻两侧固定就位，然后将千斤顶底座的另外两边通过l型固定板焊接固定在支撑底板上，完成千斤顶整体的安装固定，分步固定千斤顶的侧面，方便调节压紧程度，从而提高千斤顶固定后的稳定性。

进一步，步骤(10)中限位钢销棒的高度大于所有垫板厚度的总和，当千斤顶顶住桁架下弦杆后，在限位钢销棒上可逐个安装多块垫板，垫板与下垫梁形成支撑体系，从而增加了该支撑体系的支撑面高度，保证满足最上层垫板和第二u型套槽之间的垂直高度小于或等于一块垫板厚度的要求。

进一步，步骤(7)中在第二不锈钢板的底面上涂润滑油，在卸载过程中，第二不锈钢板与第一不锈钢板接触，润滑油减小了第一不锈钢板与第二不锈钢板接触面之间的摩擦，实现桁架沿着水平面任意方向自由滑动，这样一方面可以减小桁架在卸载过程中给千斤顶产生的侧向推力，保护了千斤顶，延长了千斤顶的使用寿命；另一方面可以释放掉卸载过程中千斤顶给桁架带来的局部内力，尽可能减小桁架卸载过程中局部应力集中。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、本发明可以为大跨度平面桁架高空对接提供临时支撑和胎架，有效地解决大跨度平面桁架采用分段吊装安装方法难以控制质量的问题。

2、卸载时，在临时支撑架中心顺着桁架跨长方向上对称布置两个千斤顶，通过千斤顶支撑住桁架的下弦杆，千斤顶顶部设置u型扣帽，下弦杆在千斤顶的u型扣帽对应位置处底部设置第一u型套槽，以防止卸载过程中千斤顶与桁架接触位置产生脱离，保证卸载装置正常工作，降低卸载过程出现意外的概率；在u型扣帽顶部的第一不锈钢板上涂润滑油，第一u型套槽底部的第二不锈钢板与第一不锈钢板接触，润滑油减小了第一不锈钢板与第二不锈钢板接触面之间的摩擦，以保证桁架可以沿水平面任意方向自由滑动，一方面可以减小桁架在卸载过程中给千斤顶产生的侧向推力，保护了千斤顶，延长了千斤顶的使用寿命，另一方面可以释放掉卸载过程中千斤顶给桁架带来的局部内力，最大限度减小卸载给原有结构带来的施工内应力和变形。

3、本发明采用逐步抽离垫板的方式分级卸载，每级卸载行程为一块垫板的厚度，卸载过程平稳可控，可以避免因卸载方案不当引起的原有结构产生较大下挠度、局部杆件超应力、节点连接出现破坏、甚至是结构崩塌，实现桁架结构的同步卸载。

4、本发明采用绿色钢材，能重复使用，节省施工成本，原理清晰，实施操作容易，且控制要求一般，易于推广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中临时支撑架、胎架和操作平台连接的结构示意图；

图2为本发明中操作平台的结构示意图；

图3为本发明中千斤顶和下垫梁的安装示意图；

图4为本发明中卸载完成后桁架和支座连接的结构示意图；

图5为本发明中千斤顶的结构示意图；

图6为本发明中千斤顶和支撑底板连接的结构示意图；

图7为本发明中垫板和限位钢销棒、限位板连接的结构示意图；

图8为本发明中垫板的结构示意图。

图中：1-临时支撑架；2-操作平台；21-第一钢梁；22-第二钢梁；23-第三钢梁；24-中心钢梁；25-悬挑钢梁；3-胎架；31-立柱；32-上牛腿梁；33-下牛腿梁；34-斜拉杆；4-桁架；41-下弦杆；42-上弦杆；43-斜腹杆；44-竖腹杆；5-支座；6-千斤顶；7-支撑底板；8-l型固定板；9-u型扣帽；10-第一不锈钢板；11-第一u型套槽；12-第二不锈钢板；13-下垫梁；14-第二u型套槽；15-限位钢销棒；16-限位板；17-垫板；18-封闭槽；19-t型槽；20-固定槽。

具体实施方式

如图1至图8所示，为本发明一种钢桁架结构分段高空对接并同步卸载方法，包括如下步骤：

(1)临时支撑架1的制作及安装：临时支撑架1的所有构件均采用方管型材，通过焊接连接成整体，方管型材综合力学性能好，耐腐蚀性能强，具有良好的低温韧性，制作完毕后通过后置埋板将临时支撑架1固定在原有混凝土结构上，其中临时支撑架1安装时可根据工程具体情况自下而上进行分段安装或整体安装。

(2)操作平台2的制作及安装：操作平台2包括第一钢梁21、第二钢梁22、第三钢梁23、中心钢梁24和悬挑钢梁25，均采用h型截面梁，抗压抗拉性好，还可节省制作材料，减轻整体重量。先将第一钢梁21与临时支撑架1的四根支柱的顶部通过焊接进行连接，然后将第二钢梁22、中心钢梁24分别与第一钢梁21通过螺栓或焊接进行连接，再将第三钢梁23通过螺栓或焊接与第二钢梁22、中心钢梁24进行连接，接着将悬挑钢梁25通过栓焊或全焊与第一钢梁21进行刚性连接，操作平台2整体结构简单，强度高，施工方便，各钢梁之间相互牵制，稳定牢靠。

(3)胎架3的制作及安装：胎架3包括立柱31、上牛腿梁32、下牛腿梁33和斜拉杆34，立柱31采用箱形截面梁，抗扭刚度大，上牛腿梁32、下牛腿梁33和斜拉杆34均采用h型截面梁，抗压抗拉性好，还可节省制作材料，减轻整体重量。先将上牛腿梁32和下牛腿梁33分别焊接在立柱31的一侧，然后将立柱31的根部与中心钢梁24的上翼缘板通过焊接连接成整体，再将斜拉杆34的一端焊接在立柱31上，将斜拉杆34的另一端焊接在悬挑钢梁25上，使得临时支撑架1、操作平台2和胎架3连接成安装钢桁架对接临时固定装置。悬挑钢梁25用于帮助实现胎架3中的斜拉杆34的设置，为立柱31提供拉力，用来抵抗立柱31因受到桁架4的偏心作用而产生的弯矩。

(4)桁架4吊装就位：桁架4由下弦杆41、上弦杆42、斜腹杆43和竖腹杆44组成，桁架4根据工程具体情况进行分段，在每个分段处设置上述对接临时固定装置，利用起重设备将桁架4的分段单元吊装至高空，就位分以下两种情况：

(a)桁架4分成两段：

将桁架4的分段单元一端固定在支座5上，另一端搁置在胎架3上，具体做法为将桁架4的下弦杆41、上弦杆42分别搁置在下牛腿梁33、上牛腿梁32上，并用钢丝绳或限位装置对桁架4进行面外临时固定，通过胎架3临时支撑桁架4的一端，配合支座5达到支撑平衡状态。

(b)桁架4分成两段以上：

①桁架4中部分段单元安装

将桁架4中部分段单元的两端均临时固定在胎架3上，并用钢丝绳或限位装置对桁架4进行面外临时固定。

②桁架4端部分段单元安装

将桁架4的分段单元一端固定在支座5上，另一端搁置在胎架3上，具体做法为将桁架4的下弦杆41、上弦杆42分别搁置在下牛腿梁33、上牛腿梁32上，并用钢丝绳或限位装置对桁架4进行面外临时固定。

(5)桁架4分段高空对接并永久固定：桁架4按照设计要求，在各分段处完成高空对接并永久固定。

为保持整个结构同步卸载，每榀桁架4必须同时进行以下步骤的操作。

(6)千斤顶6就位：将支撑底板7焊接固定在第二钢梁22与第三钢梁23的顶面上，再将千斤顶6放置在支撑底板7的正中间，先将千斤顶6底座的相邻两边通过l型固定板8焊接固定在支撑底板7上，完成千斤顶6的相邻两侧固定就位，然后再将千斤顶6底座的另外两边通过l型固定板8焊接固定在支撑底板7上，完成千斤顶6整体的安装固定，分步固定千斤顶6的侧面，方便调节压紧程度，将千斤顶6在四个方向均进行限位固定，防止千斤顶6受压后发生水平方向上的滑动，提高了千斤顶6安装后的稳定性。接着将u型扣帽9与第一不锈钢板10焊接成整体，然后将其整个倒扣在千斤顶6的顶部，采用可拆卸的连接方式，安装简单，可根据实际需要灵活更换u型扣帽9的尺寸，适应性强。然后在第一不锈钢板10的顶面涂润滑油。

(7)安装第一u型套槽11：先将第一u型套槽11与第二不锈钢板12焊接成整体，然后将第一u型套槽11正扣在桁架4的下弦杆41上，并通过断焊进行固定，第一u型套槽11的位置与千斤顶6顶部的u型扣帽9位置相对应，在第二不锈钢板12的底面上涂润滑油，然后调节千斤顶6，使第一不锈钢板10和第二不锈钢板12紧密接触，在卸载过程中，第二不锈钢板12与第一不锈钢板10接触，润滑油减小了第一不锈钢板10与第二不锈钢板12接触面之间的摩擦，实现桁架4沿着水平面任意方向自由滑动，这样一方面可以减小桁架4在卸载过程中给千斤顶6产生的侧向推力，保护了千斤顶6，延长了千斤顶6的使用寿命；另一方面可以释放掉卸载过程中千斤顶6给桁架4带来的局部内力，尽可能减小桁架4卸载过程中局部应力集中。

(8)拆除胎架3、安装下垫梁13：先将胎架3拆除，然后将下垫梁13塞入到桁架4和操作平台2之间的空档区域，然后将下垫梁13焊接固定在中心钢梁24的中部，采用焊接的固定方式，工艺简单，且可以减少之后垫板17和限位板16的使用数量。

(9)安装第二u型套槽14：将第二u型套槽14正扣在桁架4的下弦杆41上，并通过断焊进行固定，第二u型套槽14的位置与下垫梁13的位置相对应。

(10)安装限位钢销棒15和限位板16：将限位钢销棒15焊接垂直固定在下垫梁13的上翼缘板上，往第二u型套槽14与下垫梁13之间的空间内填入垫板17，垫板17的一侧设有封闭槽18，封闭槽18包括t型槽19和固定槽20，固定槽20连通t型槽19，封闭槽18的设计形状可根据实际情况改变。具体做法为先通过垫板17上的固定槽20连接限位钢销棒15，再从上向下将限位板16插入到t型槽19内，通过限位板16将限位钢销棒15限制在固定槽20内，无法脱离，从而实现垫板17限位固定在下垫梁13上，安装简单，操作性低，有效提高施工效率。限位钢销棒15的高度大于所有垫板17厚度的总和，当千斤顶6顶住桁架4的下弦杆41后，在限位钢销棒15上可逐个安装多块垫板17，垫板17与下垫梁13形成支撑体系，保证满足该支撑体系的支撑面高度要求。每放入一块垫板17，同时放入一块限位板16，垫板17填入的数量根据具体情况确定，只要保证最上层垫板17和第二u型套槽14之间的垂直高度小于或等于一块垫板17的厚度。

(11)逐步卸载：将千斤顶6的行程下调，下调距离为一块垫板17的厚度值，然后拿掉一块限位板16，并抽离一块垫板17，再将千斤顶6的行程下调，继续抽离垫板17，循环该操作，直至第一不锈钢板10与第二不锈钢板12的接触面自然脱开，此时桁架4高空对接过程中所用的对接装置可全部拆除，卸载结束，对接好的桁架4两端通过支座5支撑。

1、本发明可以为大跨度平面桁架4高空对接提供临时支撑和胎架3，有效地解决大跨度平面桁架4采用分段吊装安装方法难以控制质量的问题。

2、卸载时，在临时支撑架1中心顺着桁架4跨长方向上对称布置两个千斤顶6，通过千斤顶6支撑住桁架4的下弦杆41，千斤顶6顶部设置u型扣帽9，下弦杆41在千斤顶6的u型扣帽9对应位置处底部设置第一u型套槽11，以防止卸载过程中千斤顶6与桁架4接触位置产生脱离，保证卸载装置正常工作，降低卸载过程出现意外的概率；在u型扣帽9顶部的第一不锈钢板10上涂润滑油，第一u型套槽11底部的第二不锈钢板12与第一不锈钢板10接触，润滑油减小了第一不锈钢板10与第二不锈钢板12接触面之间的摩擦，以保证桁架4可以沿水平面任意方向自由滑动，一方面可以减小桁架4在卸载过程中给千斤顶6产生的侧向推力，保护了千斤顶6，延长了千斤顶6的使用寿命，另一方面可以释放掉卸载过程中千斤顶6给桁架4带来的局部内力，最大限度减小卸载给原有结构带来的施工内应力和变形。

3、本发明采用逐步抽离垫板17的方式分级卸载，每级卸载行程为一块垫板17的厚度，卸载过程平稳可控，可以避免因卸载方案不当引起的原有结构产生较大下挠度、局部杆件超应力、节点连接出现破坏、甚至是结构崩塌，实现桁架4结构的同步卸载。

4、本发明采用绿色钢材，能重复使用，节省施工成本，原理清晰，实施操作容易，且控制要求一般，易于推广。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。