河北火車站大跨度雨棚桁架擴建新技術(shù).m

北戴河火車站大跨度雨棚桁架擴建新技術(shù)[摘要]：通過津秦客專北戴河火車站既有雨棚改造工程的實踐，介紹了雨棚桁架改造的總體思路改造過程中支撐架搭設(shè)、雨棚桁架切割及雨棚桁架滑移等各項技術(shù)的應(yīng)用，尤其在設(shè)計支撐架時，不僅考慮了常規(guī)荷載，而且考慮了支撐架附近的列車經(jīng)過時的振動影響。[關(guān)鍵詞]：臨近營業(yè)線支撐架搭設(shè)雨棚桁架切割雨棚桁架滑移Beidaihelargespanrailwaystationcanopytrussexpansionnewtechnology[Abstract]Throughthetianjinqinguestdesignedbeidaiherailwaystationofthereconstructionprojectpracticebothcanopy，Introducestheoverallthinkingtransformationcanopytrusstransformationprocesssupportingframebuild-up,Canopytrusscuttingandthecanopytrusssliptheuseoftechnology,Especiallyindesignsupportingframe,Notonlyconsiderstheconventionalload,Andconsideredsupportstandsnearthetrainafterthevibrationinfluencewhen.[Keywords]NearYingYeXiansupportingframebuild-upCanopytrusscuttingCanopytrussslip1、工程概況北戴河車站位于秦皇島市北戴河區(qū)北郊。東臨戴河，南臨205國道，西邊接壤撫寧縣，北戴河車站改造范圍為東西咽喉范圍之內(nèi)，是連接北京與秦皇島之間的中心樞紐，是重要的交通要道。它是在既有站臺雨棚全部拆除后，新建的大跨度鋼結(jié)構(gòu)無柱雨棚。北戴河站由新建站房、改擴建站臺雨棚及改造延伸進站天橋組成。圖1：北戴河火車站效果圖新建雨棚新建雨棚站房改建雨棚站房改建雨棚圖2：站房與雨棚組成示意圖基本站臺凈寬為10.5米，不滿足使用要求，現(xiàn)將基本站臺凈寬擴大為17.2米。擴建方案：將雨棚桁架從中部截斷，南邊桁架向南滑移6.7米，再空中對接桁架補空的方法。原桁架跨度為68.6m，擴建后為75.3m。改造后的站臺雨棚剖面如下：基本站臺由10.5米擴建為17.2米基本站臺由10.5米擴建為17.2米圖3：桁架立面圖2、雨棚主桁架改造的總體思路根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點及雨棚改造后的立面效果，將主桁架從桁架中部割斷。在主桁架下方搭設(shè)支撐架，同時在柱腳處布置液壓爬行器，將桁架沿站房一側(cè)滑移6.7米。第一次滑移13榀桁架（13條滑移軌道），滑移重量約為1300噸，第一次滑移結(jié)束后，再滑移對稱的13榀桁架，滑移重量約為1300噸，合計滑移總重量約為2600噸，滑移分區(qū)如圖4所示：滑移分區(qū)二滑移分區(qū)一滑移分區(qū)二滑移分區(qū)一站房站房圖4：滑移分區(qū)示意圖3、雨棚主桁架改造過程中的各項技術(shù)3.1支撐架搭設(shè)技術(shù)由于支撐架搭設(shè)時臨近營業(yè)線，不但要考慮支撐架上部的恒載、桁架滑移過程中對支撐架的影響、支撐架對基礎(chǔ)的影響，而且更要考慮慮風(fēng)荷載、動車300km/h的風(fēng)壓、列車經(jīng)過的振動及施工荷載等。支撐架立柱為Φ377×16鋼管（直縫焊管），直腹桿及斜腹桿均采用Φ180×12鋼管（直縫焊管），桿件材質(zhì)均采用Q235B，設(shè)計強度f=215N/mm2。根據(jù)支撐架現(xiàn)場布置情況，對各支撐架在施工過程中最大支座反力和支撐架高度進行統(tǒng)計。支撐架規(guī)格尺寸為2m×3.5m，每節(jié)高度為2m，具體結(jié)構(gòu)形式如圖5所示：縱向桁架腹桿Φ168×10縱向桁架腹桿Φ168×10縱向桁架弦桿Φ273×16腹桿Φ180×12弦桿Φ377×16圖5：支撐架三維示意圖荷載取值及荷載工況①恒載臨時支撐架所承受荷載包括有上部桁架傳來的豎向集中力、支撐架自重、風(fēng)荷載、地震作用及施工過程中可能發(fā)生的支座沉降等；由于安裝過程存在諸多不可預(yù)見的不利因素，需對主要的荷載進行工況組合。取最不利情況進行計算分析。首先建立計算模型，提取施工過程中,支撐架切割后未開始滑移前的狀態(tài)下，屋蓋對支撐架的作用力。計算時考慮結(jié)構(gòu)自重乘數(shù)1.0，屋面恒載0.8KN/㎡。②活荷載計算支撐架時，需考慮支撐架頂端3.5KN/㎡的施工活荷載。③風(fēng)荷載根據(jù)設(shè)計說明，基本風(fēng)壓取0.45kN/m2。風(fēng)荷載包括直接作用在支撐架上，根據(jù)《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ135-2004第條有：風(fēng)荷載：。KN/考慮風(fēng)荷載作用在立柱上，取放大系數(shù)為1.1，則線荷載為：2.73×1.1×0.377=1.13KN/。④列車駛過的氣動力產(chǎn)生的水平風(fēng)荷載由于本工程施工過程中，鄰近軌道仍然正常使用，故需考慮列車以300km/h經(jīng)過時的風(fēng)壓。根據(jù)《新建時速300~350公里客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》（鐵建設(shè)【2007】47號）文件的相關(guān)規(guī)定，對列車經(jīng)過產(chǎn)生的風(fēng)壓計算如下：駛過列車產(chǎn)生氣動壓力和氣動吸力，由于氣動吸力與支撐架所受剪力方向相反，對計算支撐架有利，故不考慮氣動吸力，僅考慮氣動壓力作用。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，水平氣動壓力作用在軌道頂之上的最大高度為5m，且有無站臺雨棚的存在，需考慮乘以1.5的阻擋系數(shù)。查表可得，時速350KN的駛過列車中心線距構(gòu)件邊緣距離為5米，則產(chǎn)生的水平氣動壓力為0.72KN/㎡，則計算基本風(fēng)壓為：根據(jù)支撐架的幾何特征，可計算5m高度以下的支撐架立桿擋風(fēng)寬度為：則駛過列車對支撐架立柱產(chǎn)生的風(fēng)荷載為：q=0.595*1.08*1*1=0.642KN/m⑤地震作用鑒于本工程為鐵路站房，改造過程中，仍要保證正常運營，故其安全性非常重要，需要考慮地震作用的影響。根據(jù)相關(guān)設(shè)計資料，抗震設(shè)計的設(shè)計參數(shù)為：抗震設(shè)防烈度7度、設(shè)計基本地震加速度0.10g,地震分組第二組，場地類別Ⅱ類。⑥支座沉降的影響本工程原結(jié)構(gòu)已投入使用三年，可認為軌道基礎(chǔ)、站臺基礎(chǔ)的地基沉降已趨于穩(wěn)定，在施工過程中不會發(fā)生大的變化。計算時偏安全考慮，取較不利位置支撐架支座發(fā)生30mm的基礎(chǔ)沉降，進行計算。⑦列車駛過的振動作用由于列車駛過的振動作用為低頻振動，其頻率與支撐系統(tǒng)和鋼雨棚基本周期差別較大，不會發(fā)生共振現(xiàn)象，故本計算中不考慮列車駛過的振動作用。計算時考慮加大荷載作用、設(shè)置較為保守的安全富余度，來保證支撐系統(tǒng)和鋼結(jié)構(gòu)屋蓋在施工過程中的安全性。計算時，考慮以下荷載組合：①1.35D+0.98L②1.2D+1.4L③1.2D+1.4L+0.84W④1.2D+0.98L+1.4W⑤1.2D+1.4Δ⑥1.2（D+0.5L）±1.3Eh⑦1.0D+1.4L⑧1.0D+1.4L+0.84W⑨1.0D+0.98L+1.4W⑩1.0（D+0.5L）±1.3Eh其中，D代表恒載，L代表活荷載，W代表風(fēng)荷載（包括風(fēng)荷載和駛過列車氣動力產(chǎn)生的風(fēng)荷載），Eh代表水平地震作用，Δ代表支座沉降作用。根據(jù)上述分析，下面對桁架滑移過程中的各個階段支撐架的受力變化分別進行計算。①雨棚主桁架切割后未開始滑移前支撐架的受力情況：315KN404KN首先考慮鋼雨棚切割后，未開時滑移的狀態(tài)，其恒載作用如圖6所示。雨棚主桁架切割后，未開始滑移狀態(tài)下，滑移支座作用在中間支撐架，靠近左側(cè)柱肢的位置。計算結(jié)果如圖7、圖8及圖9所示。315KN404KN圖7：標(biāo)準(zhǔn)組合下X方向位移等值線圖（最大位移7.3mm）180KN20.2KN圖7：標(biāo)準(zhǔn)組合下X方向位移等值線圖（最大位移7.3mm）180KN20.2KN圖6：支撐架受上部恒載示意圖圖8：標(biāo)準(zhǔn)組合下Y方向位移等值線圖（最大位移1.95mm）圖8：標(biāo)準(zhǔn)組合下Y方向位移等值線圖（最大位移1.95mm）圖9：標(biāo)準(zhǔn)組合下Z方向位移等值線圖（最大位移7.5mm）由上述結(jié)果可見，該狀態(tài)下支撐架系統(tǒng)的變形值較小，支撐系統(tǒng)變形滿足相關(guān)規(guī)范的要求，也滿足施工精度的需要。下面輸出支撐系統(tǒng)的應(yīng)力及應(yīng)力比情況，如圖10及圖11所示。圖11：支撐系統(tǒng)桿件應(yīng)力比柱狀圖圖11：支撐系統(tǒng)桿件應(yīng)力比柱狀圖圖10：支撐系統(tǒng)應(yīng)力比圖（最大應(yīng)力比為0.7）由上述結(jié)果可見，支撐系統(tǒng)最大應(yīng)力比為0.7<<1.0（極限狀態(tài)），故該支撐架系統(tǒng)的設(shè)計安全可靠，切實可行，可以滿足本項目施工的需要。②雨棚主桁架滑移6.7米后狀態(tài)：315KN404KN雨棚主桁架滑移6.7米后，結(jié)構(gòu)自重作用對滑移軌道梁的豎向力產(chǎn)生的彎矩最大，該狀態(tài)下，滑移軌道梁受力最大，其恒載作用如圖12所示。鋼雨棚切割滑移結(jié)束后，滑移支座用在左側(cè)兩組支撐架中間位置，計算結(jié)果如圖13、圖14及圖15所示。315KN404KN圖13：標(biāo)準(zhǔn)組合下X方向位移等值線圖（最大位移5.33mm）180KN20.2KN圖13：標(biāo)準(zhǔn)組合下X方向位移等值線圖（最大位移5.33mm）180KN20.2KN圖12：鋼雨棚滑移6.7米后恒載示意圖圖15：標(biāo)準(zhǔn)組合下Z方向位移等值線圖（最大位移7.7mm）圖15：標(biāo)準(zhǔn)組合下Z方向位移等值線圖（最大位移7.7mm）圖14：標(biāo)準(zhǔn)組合下Y方向位移等值線圖（最大位移1.51mm）由上述結(jié)果可見，該狀態(tài)下支撐架系統(tǒng)的變形值較小，支撐系統(tǒng)變形滿足相關(guān)規(guī)范的要求，也滿足施工精度的需要。下面輸出支撐系統(tǒng)的應(yīng)力及應(yīng)力比情況，如圖16及圖17所示。圖17：支撐系統(tǒng)桿件應(yīng)力比柱狀圖圖16：支撐系統(tǒng)應(yīng)力比圖圖17：支撐系統(tǒng)桿件應(yīng)力比柱狀圖（最大應(yīng)力比為0.679）由上述結(jié)果可見，支撐系統(tǒng)最大應(yīng)力比為0.679<<1.0（極限狀態(tài)），故該支撐架系統(tǒng)的設(shè)計安全可靠，切實可行，可以滿足本項目施工的需要。③施工過程分析的結(jié)論由上述計算分析可見，在滑移施工過程中，支撐架系統(tǒng)的變形較小，各方向變形均小于8mm，剛度方面滿足施工要求。在各施工狀態(tài)中，支撐系統(tǒng)桿件應(yīng)力比最大為0.7，桿件強度也滿足相關(guān)要求。故以上計算分析表明，本支撐架系統(tǒng)的設(shè)計安全可靠，切實可行，可以滿足本項目施工的需要。3.2雨棚主桁架切割技術(shù)由于原結(jié)構(gòu)已經(jīng)運行了5年，桁架桿件內(nèi)部存在著復(fù)雜的內(nèi)應(yīng)力，桁架在切割過程中，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分布發(fā)生調(diào)整，根據(jù)內(nèi)力的變化規(guī)律選擇最合適的切割順序，這樣能減少桁架內(nèi)力的突然釋放而產(chǎn)生的一系列問題。桁架的切割順序如圖18所示：②②③④①④①圖18：主桁架切割順序示意圖主桁架切割步驟：第1步：跨中桁架頂升30mm；第2步：切割外側(cè)柱腳弦桿及柱腳腹桿；第3步：切割跨中上弦桿及腹桿；第4步：切割跨中下弦桿（兩根）；第5步：切割內(nèi)側(cè)柱腳弦桿（兩根）。3.3雨棚主桁架滑移技術(shù)采用液壓頂推滑移鋼桁架結(jié)構(gòu)，需設(shè)置專用的滑移軌道，待滑移構(gòu)件（或滑靴）坐落于滑移軌道上，通過安裝在構(gòu)件上的滑移設(shè)備頂推滑移構(gòu)件，沿軌道由初始拼裝位置滑移至設(shè)計位置就位。滑移軌道的作用是承受桁架結(jié)構(gòu)滑移過程中的豎向荷載，并為爬行器提供反力點，在滑移方向上提供順暢的通道。根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點，每個滑移單元共有13榀主桁架，在每榀主桁架下方設(shè)置1條滑移軌道?；栖壍啦捎?3KG/m鋼軌，用以提供爬行器的夾持反力點，軌道在整個水平滑移中起承重導(dǎo)向和徑向限制構(gòu)件水平位移的作用。每條軌道的上表面及兩側(cè)面必須打磨光滑、平整，不允許有棱角或凹凸不平。標(biāo)高偏差控制在5mm以內(nèi)（12米長軌道）。軌道水平偏差控制在3mm之內(nèi)（12米長軌道）。滑移前軌道上表面涂抹黃油。在軌道梁上應(yīng)間隔800mm布置軌道卡板，使軌道與鋼梁相連接3.3.1滑移過程中的同步性控制由于本工程屋蓋滑移時的軌道較多（共有13條），滑移過程中如何確保每條軌道滑移的同步性是本工程現(xiàn)場施工需重點控制的內(nèi)容。液壓滑移同步控制應(yīng)滿足以下要求：盡量保證各臺液壓爬行器均勻受載；保證各個滑移點保持同步；采用計算機同步控制液壓同步滑移施工技術(shù)采用計算機控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動實現(xiàn)同步動作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應(yīng)力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等多種功能?，F(xiàn)場共布置4臺泵源，每臺泵源控制3-4個爬行器，4臺泵源又通過數(shù)據(jù)線與1臺計算機連接，所有指令都通過計算機下達，能做到每臺爬行器工作時的同步性，如圖19所示。液壓泵源系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)液壓爬行器液壓泵源系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)液壓爬行器圖19：現(xiàn)場同步控制系統(tǒng)布置示意圖同時，為了確保每榀桁架滑移的同步性，在每榀滑移桁架的下方設(shè)置標(biāo)尺，且安排一名工人進行監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)異常馬上報告，如圖20所示：標(biāo)尺標(biāo)尺圖20：現(xiàn)場滑移標(biāo)尺為了確保滑移過程中結(jié)構(gòu)的安全，滑移前在MADIS計算軟件中進行模擬分析，如圖21、圖22、圖23和圖24所示：圖21：同步滑移變形值（最大32mm)圖22：同步滑移應(yīng)力比（最大0.175)圖23：不同步滑移變形值（最大50mm)圖24：不同步滑移應(yīng)力比（最大0.891)結(jié)論：經(jīng)過分析，桁架同步滑移時，其變形及應(yīng)力比均較小，滑移過程結(jié)構(gòu)安全可靠。桁架不同步滑移時，對結(jié)構(gòu)的影響最大，不同步滑移最大值不能超過50mm，現(xiàn)場施工時，應(yīng)嚴格控制桁架滑移的同步性。3.3.2滑移過程中的應(yīng)急預(yù)案雨棚主桁架滑移過程中，下方既有線仍在運行，如何確保既有線安全通行，是雨棚滑移方案需要重點關(guān)注的內(nèi)容。針對本工程的重要性，我們在雨棚正式滑移前，采用試推、監(jiān)控等各種預(yù)案。3.3.2.1采用試推在滑移各項準(zhǔn)備工作就緒后，準(zhǔn)備在12：58開始試滑移，試滑移距離為10cm，桁架滑動后，摩擦力將由靜摩擦力變?yōu)閯幽Σ亮?，故試滑移采用分級加載方式進行。待液壓同步滑移系統(tǒng)設(shè)備及桁架滑移設(shè)施檢測無誤后上報現(xiàn)場指揮長，現(xiàn)場指揮長下達滑移命令后開始試滑移。經(jīng)計算，確定液壓爬行器所需的伸缸壓力（考慮壓力損失）和縮缸壓力。推力最大為15T，靠微機的自身調(diào)整，保證每條軌道上的線速度一樣。開始試滑移時，液壓爬行器伸缸壓力逐漸上調(diào)，依次為所需壓力的20%，40%，在一切都正常的情況下，可繼續(xù)加載到60%，80%，90%，100%。3.3.2.2采用監(jiān)控檢查上部滑移距離與下部滑移距離是否一致，在上部滑移距離與下部距離做好刻度線，隨時做好監(jiān)控，保障滑移距離的同步性。“液壓同步滑移技術(shù)”采用液壓爬行器作為滑移驅(qū)動設(shè)備。液壓爬行器為組合式結(jié)構(gòu)，一端以楔型夾塊與滑移軌道連接，另一端以鉸接點形式與滑移胎架或構(gòu)件連接，中間利用液壓油缸驅(qū)動爬行。液壓爬行器的楔型夾塊具有單向自鎖作用。當(dāng)油缸伸出時，夾塊工作（夾緊），自動鎖緊滑移軌道；油缸縮回時，夾塊不工作（松開），與油缸同方向移動。每個行程為30cm，每個行程后進行一次檢查，檢查各條軌道是否卡軌、各條軌道滑移是否同步性？滑移的速度是2.5米/小時（41mm/分鐘），整個滑移工作約4小時能滑移完畢?；飘?dāng)天溫度-2℃、晴、微風(fēng)，適合滑移工作。3.3.2.3預(yù)案措施滑移過程中的預(yù)案措施包括滑移上下偏差的調(diào)整和左右偏差的調(diào)整。根據(jù)理論分析，上下偏差最大值50mm，在現(xiàn)場實際施工過程中，為了確保施工質(zhì)量，將偏差值控制在20mm以內(nèi)，上下偏差調(diào)整主要包括：在上下滑動距離位移差超過10mm時進行重點檢控，在上下滑動距離位移差超過10mm時且位移差呈擴大趨勢情況下，且位移差不得超過20mm，停止滑移。如滑移過程中柱腳與頂部跟隨點沿滑移方向的位移差超過20mm，擬在一側(cè)放置千斤頂進行微調(diào)，如圖25和圖26所示：做好刻度線做好刻度線做好刻度線做好刻度線圖25爬行器布置示意圖圖26跟隨點后方設(shè)置千斤頂進行糾偏處理左右偏差主要包括：軌道兩邊限位卡板的間隙為8mm，如滑移過程中一側(cè)間隙小于3mm，馬上采取糾偏措施，即在一側(cè)設(shè)置千斤頂，通過千斤頂微調(diào)達到糾偏目的，如圖27和圖28所示：圖27：滑移軌道