过程监控施工下的异形超大悬挑钢桁架安装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及国际专利分类E04B —般建筑物构造或B23K焊接建造技术，尤其是过程监控施工下的异形超大悬挑钢桁架安装方法。
【背景技术】
[0002]目前，大跨度空间钢结构在我国得到了广泛的应用，例如场馆结构、高铁车站雨篷等。这些类型的钢结构在施工时，传统的施工方法是采用大型机械吊装。钢构建筑用于的两管、三管及多管拼成的管桁架结构的弦杆、腹杆的组立。在焊接成型设置由于杆件的施工条件不同，精度不同以及重量不同。不利于工厂化制作。针对这种复杂的超大悬挑异形重钢桁架结构，在施工过程中，融入了计算机仿真分析和施工过程同步监控，将实用的结构测试技术、现场计算分析技术、现代控制技术应用于施工，结合施工过程形成结构计算分析、监测及反馈控制系统。通过施工现场的结构测试，跟踪计算分析得出合理的反馈控制措施，给施工过程中结构“力”与“形”的变化提供决策性技术依据，也对过程中弹性变形和刚体位移问题进行综合分析，帮助工程技术人员更加全面、真实地把握结构在施工过程中的受力变形情况，确保各种工况下的结构状态符合设计要求，真正实现了对结构生命周期全过程力学性能的评估。现在的钢结构施工方法，缺乏较有针对性的异形超大悬挑钢桁架安装技术，且作业效率低，费时费力。
[0003]中国专利申请201410124699.2涉及钢结构整体建筑施工领域，具体为一种大跨度异形空间网格管桁架整体滑移施工方法；其特征是:包括下述步骤；步骤1、确定桁架搭建场地；步骤2、在基坑内搭设栈桥式贝雷架，在基坑外铺设混凝土条形基础；步骤3、铺设四条平行的轨道；步骤4、设置拼装支撑架和滑移支撑架；步骤5、利用吊车将桁架搭建；步骤6、对搭建完毕的桁架进行竖向、水平的卸载作业；步骤7、将各滑移支撑架与顶推器连接；步骤8、各顶推器之间设置同步控制装置；步骤9、启动顶推器，使滑移支撑架同步滑移至目标位置；步骤10、拆卸滑移支撑架并进行桁架支座安装。
[0004]中国专利申请201410124699.2提供了一种异形钢管桁架结构组立焊接工装，其特征在于:该工装包括按曲面载值设置的多个高位操作柱、与高位操作柱对称设置的低位操作柱以及连接在高位操作柱和低位操作柱之间的支撑杆组件。本发明的有益效果:1.按单榀桁架图，在找平后按1:1比例分段放样，在钢板平台上划线，收集该榀桁架腹杆、弦杆；2.在钢板平台上制作刚性胎架，架立弦杆，分段点焊腹杆两部固定弦杆，进行桁架的组立。用胎架保证单棉!析架的跨度、弦尚等空间尺寸；3.施焊，完成析架焊接。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种过程监控施工下的异形超大悬挑钢桁架安装方法，具有钢结构变形小、安全可靠、施工作业效率高的特点，解决异形钢管桁架加工制造不方便的问题。
[0006]本发明的目的将通过以下技术措施来实现:首先，以计算机建模分析为基础，对桁架安装和卸载过程中结构的控制性工况状态进行计算机模拟分析，给出安装和卸载时的结构位移、构件内力应力、支撑和约束条件的目标值，并对各安装步骤和卸载步骤需要满足的条件和注意事项预见性地给出相应的要求和指导；其次，在桁架安装和卸载过程中以监测、监控为手段，进行施工阶段性的结构位移、应力、变形的实时监测值和模拟值对比；当对比值结果出现较大偏差时，需分析原因，必要时进行矫正或纠偏，以确保后续步骤顺利及最终成型符合设计要求；安装方法流程步骤顺序为:建立钢结构桁架深化设计和结构分析模型，钢桁架构件制作和预拼装，制作和预拼装过程监控，钢桁架现场分段安装，钢桁架安装过程监控，钢桁架卸载施工，钢桁架卸载过程监控，钢桁架安装完毕后期分阶段加荷成型监控，钢桁架结构验收。
[0007]尤其是，具体流程包括:
[0008]①建立钢桁架结构深化设计和结构分析模型；
[0009]建立钢桁架结构深化设计模型；通过分析深化设计模型，指导工厂的数控下料、构件组装、焊接成型、预拼装等工序；确定钢桁架制作和安装方案；建立钢桁架结构仿真分析模型，模拟各种工况，分析在不同工况下全过程中桁架的受力状态和变形状态，对受力不利和变形较大的部位进行全天重点监控；
[0010]②钢桁架构件制作和预拼装；
[0011]根据数控下料情况进行钢桁架构件制作，钢桁架构件应在工厂内将整个钢桁架分段进行预拼装；
[0012]③对钢桁架构件制作和预拼装过程监控；
[0013]在制作过程中应对成型的构件焊缝进行全超探检查；对钢桁架构件制作和预拼装过程采用全站仪进行监控。将监控值与设计和分析值进行对比，随时对预拼装结果进行修正，对应力和变形较大的节点进行应力监测和拍X片检查；
[0014]④钢桁架现场分段安装；通过仿真模拟对安装步骤和顺序进行优化比选，依据分析结果对方案进行调整，最后确定安装步骤和顺序，确保桁架在现场拼装的每一步为结构不变体系；现场安装钢桁架构件，对预拼装的构件进行预检和复检，预拼装的构件在钢结构加工厂质检部门预检的基础上，现场安装项目部要进厂对制造质量进行复检，合格后方可出厂，不允许不合格构件进入安装现场；对桁架支座的连接点进行复测；搭设桁架局部承重支撑体系，支撑体系的位置、大小和数量应通过工况模拟计算确定，并根据受力情况进行设计和搭设；吊装桁架构件，每榀桁架的安装顺序应严格按照计算机模拟分析的过程进行安装，以数控中心为例:先安装下弦，焊接成整体后，再安装腹杆，只进行连接处螺栓的初拧，接下来再安装上弦，校正好腹杆和上弦后，最后进行焊接，即从下往上安装；整个悬挑钢桁架的安装顺序则是从与内部结构连接的固定端向悬挑部分延伸安装；在吊装过程中为了保证施工安全，悬挑钢桁架构件在延伸的过程中与内部结构可连接时，应立即连接，尤其是刚性连接节点，在校正好后，优先焊接牢固，使其形成稳定结构；桁架的自重均作用在内部结构上，而不是承重支撑体系上；如此尽量利用原有的结构来承载，减小临时支撑的负载；吊装完毕后进行初检，并进行垂直度、轴线、标高的调整；桁架进行下一榀构件的安装，直至所有构件吊装完毕；
[0015]⑤钢桁架安装过程监控；在钢桁架现场安装过程中，随着分阶段安装的实施，应在构件上设置应力和变形监测点，这些监测点分别通过应变传感器和位移传感器的设置来实现应力和变形的监测；
[0016]监测点的设置要求:应力监测点的设置应根据结构的受力特征来布置监测点，测量部位主要集中于钢桁架的弦杆等内力较大的截面，要严格按照能够体现结构受力与方向的实际情况来布设，从而能够真实准确的反映构件的工作状态；变形监测点的设置要有合理的密度，应能反映结构的几何形态和几何变形情况，并易于布设，施测方便，以满足施工监测精度高，速度快的要求。
[0017]传感器的布设操作要求:传感器安装时，先在钢结构表面放线，确定传感器安装位置，然后在安装位置的钢结构表面进行打磨，打磨范围约为50mmX 150mm大小；将应变计自带的基座拆下，装入安装模板；通过点焊基座的方式，将安装模板焊接在钢结构表面，形成螺栓，点焊位置及安装模板；将安装模板取下，将应变计装入冷却后的基座内，两边带上M6的螺母，先拧紧没有调节螺母的一侧基座，再拧紧时为防止被拧紧螺母带动应变计，导致应变计扭曲，应在拧紧螺母的同时用手扶着左侧的端座施加反力；测量应变计读数，调整调节螺母；将应变值调整在1500 μ ε左右，若结构体受力变形较大，受压应变值应调至2800 μ ε左右，再拧紧另一侧基座，拧紧时为防止被拧紧的螺母带动应变计，导致应变计扭曲，应在拧紧螺母的同时用手扶着另一侧的端座施加反力；最后将应变计上的调节螺母完全旋松，用小铁锤轻击两端，防止螺母虚假锁死；测量应变值应能稳定、否则要重新安装；安装好传感器后，将传感器的数据传输线绑扎在钢构件表面，引至方便到达和测量的地点；到达指定的工况时用便携式数据采集箱采集数据；对钢桁架分段安装过程逐步成型的结构进行应力和变形的过程监测，并进行分析，反馈调整现场安装工作。
[0018]⑥钢桁架卸载施工；通过计算机仿真模拟计算分析，对卸载步骤和顺序进行优化比选，确定最优卸载方案。在卸载之前对结构进行一次系统全面的应力和变形的监测。为能够进一步了解承重结构的变化情况，在卸载前一天进行预卸载，千斤顶行程为5mm，预卸载完毕后对卸载部位承重架的变化情况、千斤顶的下降高度、结构焊缝的质量情况及桁架挠度的变化情况进行一次全面的检查；各项检查合格无误后，才可进行正式卸载。正式卸载，采用同步等距循环卸载，操作步骤为:完成所有卸载千斤顶的地面试压和高空卸载点的布置；卸载千斤顶对主结构下弦杆对应位置的顶紧，同时完成结构整体外形的测量验收工作；将原安装支撑点移去每次卸载量相