某體育館鋼桁架的制作與安裝

***中心體育館和休閑中心鋼桁架的制作與安裝【摘要】大跨度鋼桁架的制作與安裝工藝，闡述詳圖設(shè)計、預(yù)拼裝和低應(yīng)力狀態(tài)下焊接質(zhì)量控制等方法；運用ansys計算軟件分析大跨度桁架吊裝時應(yīng)力變形及支架模型的應(yīng)力變形，確保結(jié)構(gòu)安全?！娟P(guān)鍵詞】大跨度；桁架；制作；安裝；1工程介紹休閑中心和體育館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋部分采用雙向斜交平面桁架拱系，桁架拱采用管管相貫焊接。屋蓋桁架由平行的主桁架（XZHJ-*）及放射狀的次桁架（XHHJ-*）兩兩相交組成。屋蓋邊界處有一道環(huán)向邊桁架（XBHJ-*）進行封閉，結(jié)構(gòu)形成一個穩(wěn)定剛體。主桁架（XZHJ-*）為平面弧形桁架,上下弦桿管為φ273*7mm，腹桿為180*5mm，下弦桿為彎弧桿件。次桁架（XHHJ-*）為平面折彎桁架,上下弦桿管為φ273*7mm，腹桿為180*5mm。鋼管均為無縫鋼管，材質(zhì)為Q345B。本工程的顯著特點及難點：整體設(shè)計新穎。屋架整體成平滑的曲線形，屋架十字支撐構(gòu)造新穎，安裝后需保持與屋架一致的曲線形。結(jié)構(gòu)跨度大，施工現(xiàn)場吊裝情況復(fù)雜，休閑中心最大跨度達106米，體育館跨度也達到85米，現(xiàn)場吊裝難度非常之大，這也是此工程的最大一難點。施工標(biāo)準(zhǔn)高、焊接難度大。標(biāo)準(zhǔn)高表現(xiàn)在桿件加工精度要求高。為了保證屋架的藝術(shù)效果，各桿件不僅下料長度偏差小，而且桿件接頭處曲面應(yīng)嚴(yán)絲合縫，全是相貫接口，因此焊接又是此工程的又一難點。圖1鋼結(jié)構(gòu)屋蓋效果圖2桁架制作2.1詳圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計院提供的外形尺寸、節(jié)點坐標(biāo)和桿件表，使用X-steel鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件和Autocad計算機繪圖程序，對桁架進行了合理分割以及節(jié)點設(shè)計。將整個主體結(jié)構(gòu)分解成各個單獨的桿件和單元件，并分別進行繪制。施工圖設(shè)計主要包括以下內(nèi)容：節(jié)點拼裝總圖、節(jié)點拼裝順序圖、桿件圖、節(jié)點圖及材料明細表等。2.2下料切割本工程屋面主體結(jié)構(gòu)部分為鋼管，且構(gòu)件節(jié)點處的桿件均為相貫連接節(jié)點，所以鋼管的相貫線切割是本工程的一個重要部分，根據(jù)工期要求及切割工藝的要求，采用2臺先進數(shù)控管子馬鞍形切割機，該設(shè)備具有切斷與開坡口一次完成的全自動切割功能，大大提高了相貫焊縫的坡口質(zhì)量。為后期桁架組對焊接提供了保障。2.3構(gòu)件拼裝編制拼裝作業(yè)指導(dǎo)書。桁架全部采取平放位置拼裝，制作出與其相合攏的桁架側(cè)面樣板，檢查合攏情況。拼胎座采用臨時剛性胎架，以坐標(biāo)點為轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)進行放線及靠模定位；用正式連接板進行構(gòu)件連接固定。檢查項目包括：軸線偏差；接口的間隙與錯邊量；桿件的長度、側(cè)彎與翹曲；牛腿的長度與角度；拼裝單元的長度。平面桁架組拼，需在胎具上用卡具固定平面桁架組拼，需在胎具上用卡具固定兩端設(shè)置固定模板，保證主弦桿尺寸精度圖2組拼大樣2.4焊接①焊接順序?qū)ι舷孪覘U按立焊->平焊->仰焊的順序進行；對上下弦桿與腹桿的接口依據(jù)測量結(jié)果安排焊接次序，通常先進行腹桿與下弦的焊接，再進行腹桿與上弦的焊接，并跟蹤測量，以便通過調(diào)整焊接順序控制變形。②焊縫坡口主要形式對于管管相貫焊縫，當(dāng)支管與主管夾角α在55°~125°時，為全熔透焊縫，選用單邊V型坡口，當(dāng)支管與主管夾角α<55°或α>125°時，部分采用熔透焊縫、部分采用角焊縫，熔透焊縫坡口，狀及尺寸如圖：圖3相貫坡口形式③焊接質(zhì)量控制依據(jù)焊接工藝評定結(jié)果對不同焊縫進行遠程電流調(diào)節(jié)，采用多層多焊道和分段退焊工藝，減少焊接應(yīng)力；采取對稱焊、連續(xù)焊、預(yù)熱、焊后石棉布包裹等措施，避免焊接時延遲裂紋的產(chǎn)生；對于剛度大、板厚、焊接空間狹窄等特殊部位，選擇優(yōu)秀焊工，并在焊接工程師的監(jiān)控下進行焊接，減少不必要的返修。3桁架安裝最為本工程的最大的一個難點，選用合理優(yōu)化的安裝方案是此工程的重中之重。本工程屋蓋外形為弧形屋蓋,為空間大跨度曲面，整個屋蓋的長度、寬度都非常之大，整個屋蓋在現(xiàn)場若需進行整體吊裝是不可能的。所以，確定合適的安裝方案將顯得格外重要，根據(jù)屋蓋結(jié)構(gòu)的特殊性以及現(xiàn)場的具體施工條件并結(jié)合以往用于其它類似大型鋼結(jié)構(gòu)的實際施工經(jīng)驗，我們將采用現(xiàn)場拼裝，分段吊裝的方案來完成整個屋蓋的現(xiàn)場安裝。3.1模型計算運用ansys計算軟件分析構(gòu)件的應(yīng)力及變形，從而確定桁架最合理的分段位置以及臨時安裝支承胎架（TJ*）的位置。①起吊狀態(tài)驗算圖4起吊狀態(tài)計算模型圖5桁架豎向變形驗算（mm）圖6桁架面外變形分布圖（mm）圖7桁架構(gòu)件應(yīng)力分布圖（N/mm2）圖8桁架構(gòu)件穩(wěn)定驗算應(yīng)力比分布圖圖9吊索拉力計算結(jié)果（kN）②桁架就位狀態(tài)驗算結(jié)果（方法類似①）結(jié)論:本工程最長桁架為106米，最大分段的桁架長度為56米，通過計算結(jié)果分析，吊裝過程中及就位后的桁架豎向變形、面外變形、應(yīng)力及穩(wěn)定性均滿足設(shè)計及施工要求。同時通過分段的位置確定臨時安裝支承胎架（TJ*）的位置。③臨時安裝支承胎架（TJ*）的模型計算圖10臨時支承胎架計算模型臨時支承胎架簡化為一根24m高懸臂格構(gòu)柱，橫截面邊長為1500mm×1500mm。通過計算結(jié)果可知，胎架變形、強度及穩(wěn)定均滿足規(guī)范控制要求，可以滿足安裝過程需要。④安裝過程中的計算分析按照先吊裝主桁架，再吊裝聯(lián)系桁架（次桁架）的思路，每吊完2榀主桁架后立即吊裝其間的聯(lián)系桁架，使之形成一空間體系，并運用ansys軟件計算分析，確保其安裝進度及結(jié)構(gòu)安全。圖11桁架計算模型1圖11桁架計算模型23.2安裝過程①現(xiàn)場桁架拼裝:胎架經(jīng)過驗收合格后才可用于拼裝屋架，首先用吊車把構(gòu)件放在胎架上，按照桁架施工詳圖固定桿件的位置。如果桿件加工曲線偏差超過允許范圍時，允許加熱矯正桿件，但加熱溫度嚴(yán)禁超過正火溫度(900℃)。加熱矯正后的桿件需緩慢冷卻。然后施焊上下弦桿件接頭。最后拼裝腹件、上下弦間支撐，先點焊后全面施焊。焊工應(yīng)經(jīng)過考試合格并取得合格證后方可施焊。②桁架吊裝:桁架跨度小于或等于18m時，綁扎兩點即可，大于18m時需綁扎四點以上。最長桁架長度約60m，布置4個吊點，吊點間距8m左右，吊鉤中心對準(zhǔn)屋架中心，吊索左右間距基本一致，為使各吊索受力均勻，吊索用滑輪串通。利用手動葫蘆可調(diào)整倒鏈長度的工作性能，現(xiàn)布置兩個手動葫蘆，分別獨立牽引弦桿件節(jié)點，待桁架從地面吊起后緩慢調(diào)整倒鏈長度，使桁架升高或降低，從而實現(xiàn)桁架扶正，便于高空就位。③桁架就位:此工程每榀桁架采用的2個萬向膠支座與基礎(chǔ)連接，在分段吊裝過程中，就需要在臨時安裝支承胎架用型鋼制作一個假支座來臨時固定分段桁架，待整體吊裝完畢后再拆除臨時安裝支承胎架上的假支座。就位過程中，采用2臺全站儀全程跟蹤，利用建立好的測量控制網(wǎng)，來對桁架進行定位。4結(jié)束語大跨度雙向斜交平面桁架拱結(jié)構(gòu)體系，大大的拓展了上部的空間，桿件