CN102364012A - 一种既有大跨度桁架扩建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种既有大跨度桁架扩建方法，包括如下步骤：在既有主桁架下方搭设支撑架，跨中桁架向上顶升，将桁架进行切割，桁架自重全部安全转移到下部支撑架及滑移钢梁上；在柱脚处安装液压爬行器，将切割下的桁架按照滑移设计要求滑移所需距离，在高空补装滑移出去后所需扩建的桁架，最后拆除主桁架下方的支撑架及滑移设施。本发明直接对既有的大跨度桁架进行切割、滑移的扩建方式，因此整个施工工期大为缩短，节省了大量的人力。将既有的桁架完全重新利用，节省了大量钢材的消耗，资源得以重复利用。设计充分考虑了各个方面因素，安全性能高，质量可靠。保障了施工的安全，避免严重事故发生。

Description

一种既有大跨度桁架扩建方法

技术领域

本发明涉及建筑结构施工技术领域，特别涉及一种既有大跨度桁架扩建方法。

背景技术

近年来，随着国家的经济发展，国名生活水平提高，出行人员的增加，国内部分已经建造的大型公共场所已不能满足现阶段人流量，比如火车站、体育馆、医院等等，尤其是铁路运输能力。同时随着国家对基础设施的投入，特别是铁路站房的建设力度的增加，这就越来越迫切的需要将已有站房进行扩建。

传统扩建的方法一般都是保留部分可以重新使用的建筑，将将其余大部分雨棚桁架都拆除，然后彻底重建，传统工艺不但需要很长的施工工期，同时加大了资金的投入，这种费时费力的方式已经无法满足当今社会的需求。

所以本发明人提出一种将既有雨棚桁架带载切割后整体滑移的扩建方法，不但节约施工总工期，而且能将原雨棚桁架重复利用，可以节约大量的钢材。

但是由于原有站房已经投入使用一定的年限，雨棚桁架弦杆内存在着复杂的内力。既有大跨度桁架带载切割技术复杂，由于其变形、受力状态在切割过程中具有叠加效应和反复性，切割方案除了满足结构的受力要求外，还要避免切割不当产生内力的突然释放，而使桁架整体失稳。还要通过优化切割顺序，确保每次切割前桁架内力最小。同时还要将桁架进行预变形措施，保证主桁架切割完毕后各点的标高能够符合设计要求。桁架以上内容是既有大跨度桁架带载切割过程中的关键技术。因此，对具有上述类似结构切割时，如何优化切割顺序，提高切割的效率，以及变形如何控制，成为关键的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既有大跨度桁架扩建方法，设计安全可靠，切割安排合理，滑移过程中的摩擦力较小，降低了对滑移设备要求，同时卸载顺序安排合理，可有效控制结构变形，与土建施工作业交叉少，充分发挥阶梯状卸载的效用。

本发明通过以下的技术措施来实现：一种既有大跨度桁架扩建方法，具体包括如下步骤：

（1）在既有主桁架下方搭设支撑架，用千斤顶在支撑架上将跨中桁架向上顶升一定的距离，此时外侧柱脚内力最小，同时桁架部分荷载转移到支撑架上；

（2）跨中桁架向上顶升后，根据有限元计算分析，外侧柱脚弦杆内力很小，采用磁力切割机将外侧柱脚弦杆及柱脚腹杆切割，同时在柱脚处放置滑移钢梁；

（3）通过有限元计算软件分析出跨中桁架内力小的杆件，并将其切割；

（4）通过有限元计算软件再次分析出跨中桁架中其余内力小杆件，并将其切割，经过多次重复，直至跨中桁架完全切断，此时跨中桁架荷载转移到下部的支撑架上；

（5）切割内侧柱脚弦杆，此时桁架全部切割完毕，桁架自重全部安全转移到下部支撑架及滑移钢梁上；

（6）在柱脚处安装液压爬行器，将切割下的桁架按照滑移设计要求滑移所需距离，并将柱脚进行焊接固定；

（7）采用汽车吊，高空补装滑移出去后所需扩建的桁架；

（8）进行卸载工作，拆除主桁架下方的支撑架及滑移设施。

 本发明可以通过如下方式进一步完善：

所述的支撑架是以力学模型建立稳固的基础，运用MADIS计算软件进行设计而成，设计时考虑的荷载包括恒载、活荷载、风荷载、列车驶过的气动力产生的水平风荷载、地震作用、支座沉降的影响、列车驶过的振动作用、上部桁架滑移施工过程对支撑架***的影响及支撑架整体稳定性屈曲分析。

所述的风荷载：

KN/

；

其中

；

为风压，取0.45kN/m²；是脉动增大系数，是脉动影响系数，

是振型系数与风压高度变化系数的比值；

考虑风荷载作用在立柱上，取放大系数为1.1，则线荷载为：2.73×1.1×0.377=1.13KN/，其中0.377是圆管直径。

所述水平风荷载，考虑列车以300km/h经过时的风压，驶过列车产生气动压力和气动吸力，由于气动吸力与支撑架所受剪力方向相反，对计算支撑架有利，故不考虑气动吸力，仅考虑气动压力作用；根据相关规定，水平气动压力作用在轨道顶之上的最大高度为5m，且有无站台雨棚的存在，需考虑乘以1.5的阻挡系数；时速350KN的驶过列车中心线距构件边缘距离为5米，则产生的水平气动压力为0.72KN/㎡，则计算基本风压为：

根据支撑架的几何特征，可计算5m高度以下的支撑架立杆挡风宽度为：

则驶过列车对支撑架立柱产生的风荷载为：

q=0.595*1.08*1*1=0.642KN/m。

所述支撑架计算时考虑加大荷载作用、设置较为保守的安全富余度，来保证支撑***和钢结构屋盖在施工过程中的安全性，计算时，考虑以下荷载组合：

①1.35D+0.98L

②1.2D+1.4L

③1.2D+1.4L+0.84W

④1.2D+0.98L+1.4W

⑤1.2D+1.4Δ

⑥1.2（D+0.5L）±1.3Eh

⑦1.0D+1.4L

⑧1.0D+1.4L+0.84W

⑨1.0D+0.98L+1.4W

⑩1.0（D+0.5L）±1.3Eh

其中，D代表恒载，L代表活荷载，W代表普通风荷载和驶过列车气动力产生的风荷载，Eh代表水平地震作用，Δ代表支座沉降作用。    

所述主桁架顶升前先将整榀桁架在MADIS软件中建模，分别将主桁架向上顶升10mm、20mm和30mm，得出向上顶升时外侧柱脚内力最小的顶升距离，然后将跨中桁架向上顶升，转入步骤2。

所述步骤2中的柱脚设为滑移主动点，跨中桁架切断后架设在支撑架处为滑移跟随点；主动点处包括铺设固定在地面上的路基箱、布置在路基箱上的主动点滑移钢梁、安装在主动点滑移钢梁上支承桁架的主动滑移机构、以及固定在主动点滑移钢梁上，推动桁架移动的液压爬行器；跟随点包括布置在支撑架上的跟随点滑移钢梁，安装在跟随点滑移钢梁上支承桁架的跟随滑移机构。

所述的主动点滑移钢梁和随点滑移钢梁上表面铺设一层不锈钢板。

所述的主动滑移机构和跟随滑移机构相同，包括支撑待滑移的桁架的支架，以及贴覆在支架底面、用于在不锈钢板上滑动的聚四氟乙烯板。

所述步骤8中首先将全部支撑架桁架在有限元计算软件里进行支撑架全部拆除后的计算，得出每榀主桁架跨中扰度最大值；然后用支撑架上千斤顶将主桁架向上略微顶升，顶升至即将脱离支撑架即可；

将第一榀桁架进行卸载，卸载的高度为上述计算扰度最大值的一半；接着将第二榀桁架卸载，卸载的高度同样为上述计算扰度最大值的一半；将第一榀桁架再卸载扰度最大值的一半，此时，第一榀桁架已经全部卸载完毕，其下方的支撑架可以全部拆除；

将第三榀桁架开始卸载扰度最大值的一半，此时，第三榀桁架与第四榀桁架标高相差扰度最大值的一半，第三榀桁架与第二榀桁架标高一致，第二榀桁架与第一榀桁架标高相差扰度最大值的一半，各榀桁架之间标高呈阶梯状；

将第二榀桁架再卸载扰度最大值的一半，此时，第二榀桁架已经全部卸载完毕，其下方的支撑架也可以全部拆除；然后将第四榀桁架也按照上述方式卸载，重复上述步骤，将每榀桁架呈阶梯状进行卸载，直至全部桁架卸载完毕。

采用上述方案后，本发明具有诸多有益效果：

1、本发明直接对既有的大跨度桁架进行切割、滑移的扩建方式，而不是将既有桁架进行拆除重建，因此整个施工工期大为缩短，节省了大量的人力。

2、本发明将既有的桁架完全重新利用，只需要补充焊接扩建距离的桁架部分，节省了大量钢材的消耗，资源得以重复利用，符合当今社会中节能的时代要求。

3、本发明中支撑架的设计充分考虑了各个方面的因素，安全性能高，质量可靠。同时切割和滑移过程中，每个细节都考虑周全，保障了施工的安全，避免严重事故发生。

4、本发明提出一种阶梯状的桁架方式，土建单位可以先对已经卸载的桁架进行下步施工，能够做到土建施工与钢结构卸载工作同步开展，进一步节约了现场施工的总体工期。而且通过对卸载顺序进行优化，确定结构卸载流程，采用有限元计算软件，对结构卸载全过程进行仿真分析，并在桁架卸载前，确定结构的预变形值，保证结构卸载完成后的水平度满足设计要求。阶梯状卸载相对于同步卸载来说投入的设备少，提高综合效益。 

附图说明

图1是本发明较佳实施例中步骤一的结构示意图；

图2是本发明较佳实施例中步骤二的结构示意图；

图3是本发明较佳实施例中步骤三的结构示意图；

图4是本发明较佳实施例中步骤四的结构示意图；

图5是本发明较佳实施例中步骤五的结构示意图；

图6是本发明较佳实施例中步骤六的结构示意图；

图7是本发明较佳实施例中步骤七的结构示意图；

图8是本发明的既有大跨度桁架俯视示意图

图9是本发明的既有大跨度桁架滑移一定距离后的俯视示意图；

图10是本发明的既有大跨度桁架补装主桁架的俯视示意图；

图11是本发明较佳实施例中支撑架的立体示意图；

图12是本发明较佳实施例滑移主动点和滑移跟随点中滑移结构示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明较佳实施例做进一步详细说明。

本实施例中是针对火车站大型雨棚桁架的改建，如图1所示其建筑物跨度64.6m，拱顶高度19.5m，长度545m。雨棚结构采用正放三角形的三肢格构式桁架，桁架柱边长约2.5米，三角形桁架高4.5m，最大管径550mm。沿长度方向主桁架共26榀，桁架榀距22m。屋面为彩色钢板，吊顶采用铝板吊顶。基本站台净宽为10.5米，不满足使用要求，现将基本站台净宽扩大为15米，原桁架跨度为64.6m，扩建后为69.1m。

采用本发明技术，施工方法具体包括如下步骤： 

一、支撑架2搭建

支撑架2是以力学模型建立稳固的基础，运用MADIS计算软件进行设计而成。设计时要考虑的荷载包括恒载、活荷载、风荷载、列车驶过的气动力产生的水平风荷载、地震作用、支座沉降的影响、列车驶过的振动作用、上部桁架滑移施工过程对支撑架***的影响及支撑架整体稳定性屈曲分析。

支撑架2受到的恒载，计算时考虑结构自重乘数1.0，屋面恒载0.8KN/㎡。侧固定端支撑架承受竖向力315KN，承受向内侧的水平剪力180KN。滑移端结构对支撑架的轴压力为404KN，考虑滑移轨道和屋盖之间摩擦系数为0.05，则屋盖滑移时的动摩擦力为20.2KN。

活荷载，主要考虑支撑架2上部操作工人的荷载，计算支撑架时，需考虑支撑架顶端3.5KN/㎡的施工活荷载。

风荷载， 

风压取0.45kN/m²，风荷载包括直接作用在支撑架2上，根据《高耸结构设计规范》GBJ135-2004第4.2.9条有：

风荷载：

。

KN/

考虑风荷载作用在立柱上，取放大系数为1.1，则线荷载为：

2.73×1.1×0.377=1.13KN/。

由于本工程施工过程中，邻近轨道仍然正常使用，故需考虑列车以300km/h经过时的风压。根据《新建时速300～350公里客运专线铁路设计暂行规定》（铁建设【2007】47号）文件的相关规定，对列车经过产生的风压计算如下：

驶过列车产生气动压力和气动吸力，由于气动吸力与支撑架2所受剪力方向相反，对计算支撑架2有利，故不考虑气动吸力，仅考虑气动压力作用。根据相关规定，水平气动压力作用在轨道顶之上的最大高度为5m，且有无站台雨棚的存在，需考虑乘以1.5的阻挡系数。查表可得，时速350KN的驶过列车中心线距构件边缘距离为5米，则产生的水平气动压力为0.72KN/㎡，则计算基本风压为：

根据支撑架2的几何特征，可计算5m高度以下的支撑架2立杆挡风宽度为：

则驶过列车对支撑架2立柱产生的风荷载为：

q=0.595*1.08*1*1=0.642KN/m。

鉴于本工程为铁路站房，改造过程中，仍要保证正常运营，故其安全性非常重要，需要考虑地震作用的影响。根据相关设计资料，抗震设计的设计参数为：抗震设防烈度7度、设计基本地震加速度0.10g,地震分组第二组，场地类别Ⅱ类。

本工程原结构已投入使用三年，可认为轨道基础、站台基础的地基沉降已趋于稳定，在施工过程中不会发生大的变化。计算时偏安全考虑，取较不利位置支撑架2支座发生30mm的基础沉降，进行计算。

由于列车驶过的振动作用为低频振动，其频率与支撑***和钢雨棚基本周期差别较大，不会发生共振现象，故本计算中不考虑列车驶过的振动作用。

计算时考虑加大荷载作用、设置较为保守的安全富余度，来保证支撑***和钢结构屋盖在施工过程中的安全性。计算时，考虑以下荷载组合：

①1.35D+0.98L

②1.2D+1.4L

③1.2D+1.4L+0.84W

④1.2D+0.98L+1.4W

⑤1.2D+1.4Δ

⑥1.2（D+0.5L）±1.3Eh

⑦1.0D+1.4L

⑧1.0D+1.4L+0.84W

⑨1.0D+0.98L+1.4W

⑩1.0（D+0.5L）±1.3Eh

其中，D代表恒载，L代表活荷载，W代表风荷载（包括风荷载和驶过列车气动力产生的风荷载），Eh代表水平地震作用，Δ代表支座沉降作用。

当钢结构主桁架割断、尚未滑移的状态时，由于中间支撑架2的基础发生沉降，同时该处支撑架2直接承受屋盖自重作用，此时支撑架***的杆件应力最大，变形也最大。为验算支撑架***的稳定性，选取该状态进行屈曲分析。屈曲分析考虑1.0恒载+1.0活载状态进行计算。

本实施例中支撑架2规格尺寸为2m×3.5m，每节高度为2m，支撑架2立柱为Φ377×16钢管，直腹杆及斜腹杆均采用Φ180×12钢管，杆件材质均采用Q235B，设计强度f=215N/mm2。

结合图1和图11为了防止支撑架2在受力过程中，防止支撑架2存在不均匀沉降的现象，在支撑架2安装的位置，如站台及火车轨道基础上搭设路基箱，通过工字钢25将路基箱与站台牢固连接。为了确保火车轨道及枕木不受到上部支撑架2的破坏，在搭设前将火车轨道及枕木均拆除。路基箱本身是建筑行业中常用的部件，是采用工字钢焊接而成，在工字钢上下表面焊接钢板，将工字钢包起来制成。

路基箱21之上就是支撑架体22。支撑架体22包括若干立柱23和若干横杆24。在立柱23之间通过横杆24以水平或者斜向焊接固定连接，形成整个支撑架体22。整个支撑架体22固定在路基箱21时，立柱23的脚部都应该放置在路基箱21中各个工字钢纵横交叉处，加强支撑架体22的承受能力。

支撑架体22的外侧立柱23，也就是靠近原有的火车防护棚10的立柱，应该与火车防护棚10保持大于100mm的距离，确保支撑架体22的变形不影响火车防护棚10。支撑架体22对应滑移桁架处设置滑移钢梁40。

支撑架受力分析

1、桁架滑移过程对支撑架的影响

①分析切割后未开始滑移前恒载状态，通过软件得出标准组合下X、Y、Z方向位移等值线图（X为滑移方向，Y各榀桁架之间的纵向方向、Z支撑架沉降方向）。本实施例中，未开始滑移状态下支撑架***的变形值较小（X最大位移7.3mm，Y最大位移1.95mm，Z最大位移75mm），支撑***变形满足相关规范的要求，也满足施工精度的需要。另外，输出支撑***的应力及应力比情况：支撑***最大应力比为0.7，0.7<<1.0，故该支撑架***的设计安全可靠，切实可行，可以满足本项目施工的需要。

②滑移至支撑架中间位置，结构自重作用对滑移轨道梁的竖向力产生的弯矩最大，该状态滑移钢梁40受力最大，在恒载作用下，分析得出支撑架***的变形值（X最大位移5.33mm，Y最大位移1.51mm，Z最大位移77mm），最大应力比为0.679，由上述结果可见，支撑***最大应力比为0.679<<1.0，故该支撑架***的设计安全可靠，切实可行，可以满足本项目施工的需要。

③移至左侧支撑架中心位置时，结构自重作用对滑移轨道梁的竖向力产生的弯矩最大，该状态下，滑移轨道梁40受力最大，在恒载作用下，分析得出支撑架***的变形值（X最大位移5.52mm，Y最大位移1.52mm，Z最大位移87mm），最大应力比为0.661，由上述结果可见，0.661<<1.0，故该支撑架***的设计安全可靠，切实可行，可以满足本项目施工的需要。

④施工过程分析的结论

由上述计算分析可见，在滑移施工过程中，支撑架***的变形较小，各方向变形均小于6mm，刚度方面满足施工要求。在各施工状态中，支撑***杆件应力比最大为0.7，杆件强度也满足相关要求。故以上计算分析表明，本支撑架***的设计安全可靠，切实可行。

2、支撑***稳定性分析

由以上计算可知，当钢结构屋盖桁架割断、尚未滑移的状态时，由于中间支撑架的基础发生沉降，同时该处支撑架直接承受屋盖自重作用，此时支撑架***的杆件应力最大，变形也最大。为验算支撑架***的稳定性，选取该状态进行屈曲分析。

屈曲分析考虑1.0恒载+1.0活载状态进行计算，第一屈曲模态（屈曲因子62.59），第二屈曲模态（屈曲因子62.65），第三屈曲模态（屈曲因子62.91）。由上述结果可见，在1.0恒载+1.0活载作用下，支撑架***的屈曲因子最小为62.59，即在62.59倍1.0恒载+1.0活载作用下，支撑架***才能发生屈曲，由此可见，支撑架***的整体稳定性非常高，在施工过程中很难发生屈曲失稳。

二、如图2，在支撑架顶部上设置50吨的千斤顶11，将主桁架1向上顶升一定的距离。

由于本工程已经运行了5年，主桁架1在恒载作用下，跨中扰度较大，为了确保主桁架1切割后，桁架的标高能符合设计要求，同时也要确保桁架切割过程中内力最小，因此在切割前需要采用大型有限元计算软件进行切割过程中的计算分析。

在计算模型里，分别采用支座强制位移10mm、20mm和30mm，分别进行比较分析，发现向上顶升30mm时，主桁架柱脚30处内力最小，因此确定主桁架1向上顶升的数值是30mm。

三、如图3所示，采用磁力切割机将外侧柱脚弦杆3及柱脚腹杆4切割完毕后，为了确保桁架柱脚的稳定性，在桁架柱脚30处安装滑移钢梁5，滑移钢梁5与桁架柱脚30原有结构相连接，同时在滑移钢梁5上安装轨道梁，能方便液压爬行器12的安装。 

四、结合图4，主桁架弦杆6及腹杆7的切割。柱脚外侧弦杆切割完毕后，采用有限元分析软件进行分析，发现跨中上弦杆6及腹杆7内力最小，开始切割切割跨中上弦杆6及腹杆7，然后开始切割跨中下弦杆8（两根），最后切割内侧柱脚弦杆9（两根）。

五、参见图5，主桁架1滑移。主桁架1全部切割完毕后，其荷载全部转移到下部支撑架体系上。柱脚30处布置液压爬行器12，将桁架1沿站房一侧滑移一定的距离。第一次滑移13榀桁架，滑移重量约为1300吨，第一次滑移结束后，再滑移对称的13榀桁架，滑移重量约为1300吨，合计滑移总重量约为2600吨。

六、如图6，高空补装滑移出去后的桁架。

桁架1滑移到位后，即可着手进行桁架1的补杆安装，桁架1中间段的补缺采用汽车吊散装的方式进行安装，按先弦杆后腹杆的顺序进行。桁架柱脚安装时，应事先将柱脚安置在承台基础的地脚螺栓上临时固定，待桁架滑移到位后将柱脚提起，与桁架弦杆对接焊接，并在柱脚板下垫上垫板点焊固定，以便今后灌浆。与站房连接的桁架采用整体吊装法安装，安装前先在站台桁架附近进行拼装，然后用汽车吊进行安装。

七、图7所示，拆除主桁架下方的支撑架及滑移设施。主桁架滑移完毕，并且主体结构安装完成后，需要对已形成的主结构进行整体卸载。现场采用50吨汽车吊将支撑架拆除。

拆除方式也与传统方式不同，采用阶梯状卸载方式。结合图8～图10，首先将全部支撑架桁架在有限元计算软件里进行支撑架全部拆除后的计算，得出每榀主桁架跨中扰度最大值为40mm。然后用支撑架上千斤顶将主桁架向上略微顶升，顶升至即将脱离支撑架即可。

将第一榀桁架1a卸载20mm后，可以将第二榀桁架2a卸载20mm；然后将第一榀桁架1a再卸载20mm，此时，第一榀桁架1a已经全部卸载完毕，其下方的支撑架11可以全部拆除。

将第三榀桁架3a开始卸载20mm，此时，第三榀3a与第四榀桁架4a标高相差20mm，第三榀3a与第二榀桁架2a标高一致，第二榀桁架2a与第一榀桁架1a标高相差20mm，各榀桁架之间标高呈阶梯状，均相差20mm。

将第二榀桁架2a再卸载20mm，此时，第二榀桁架2a已经全部卸载完毕，其下方的支撑架也可以全部拆除；然后将第四榀桁架4a也按照上述方式卸载，重复上述步骤，直至全部桁架卸载完毕。采用有限元分析，各榀桁架在支座位移20mm时，最大变形42mm，最大应力比为0.265远小于1，因此按照此方案进行卸载是安全、可靠的。

这里还需要提出的是，在本发明中，柱脚处设置液压爬行器12作为滑移主动点，而在支撑架上支撑滑移桁架，是作为滑移跟随点。为减小滑移中的摩擦力，本实施例中采用的滑移结构参见图1和图12。

主动点30处包括路基箱31、主动点滑移钢梁5、主动滑移机构32、液压爬行器12。

路基箱31铺设固定在站台，在路基箱31上布置主动点滑移钢梁5，主动点滑移钢梁5采用的是工字钢，在工字钢的上表面铺设一层不锈钢板33。主动滑移机构32架设在主动点滑移钢梁5之上，主动滑移机构32主要是直接与待移动主桁架1柱脚30相接触，主要包括支撑待移动主桁架1柱脚30的支架34，支架34的下底面为平面，且贴覆一层聚四氟乙烯板35。聚四氟乙烯板35与上述的不锈钢板33紧密贴合接触。液压爬行器12固定在主动点滑移钢梁5上，同时其作用点连接待移动主桁架1，推动该待移动主桁架1滑移。

跟随点滑移钢梁40与主动点滑移钢梁5结构相同，跟随滑移机构是支撑主桁架下弦杆8，结构与主动滑移机构32结构相同，不做重复描述。在滑移时，该结构中的不锈钢板33和聚四氟乙烯板35之间的摩擦小，保证了滑移的顺畅、安全，同时对驱动设备功率要求大幅度降低，选择余地大。

由于施工现场条件的复杂性，仅靠有限元理想模型的仿真分析，难以模拟现场存在的诸多不可见因素，因此还在施工过程中对结构位移、内力进行适时监测，以获得结构实际的变形和受力情况。 

A．变形监测：监测施工过程中主桁架变形值是否和理想的计算值一致，将每个切割过程中的实测变形值和理论计算的预拱值进行比较，以便采取相应措施来控制结构变形，顺利完成工程施工。

B．应力监测：大跨度桁架在切割过程中具有叠加性和反复性，用应力监测

本发明中，对大跨度桁架的弦杆进行带载切割时，结构在切口处会有错位现象，我们将在主桁架弦杆下方设置千斤顶将桁架的标高进行调整。桁架全部切割完毕后，全部荷载将传递到下方的支撑架及滑移钢梁上。

由于桁架的特殊性，大跨度桁架在不同的切割阶段，其变形具有叠加效应和反复性，因此本发明还采用有限元计算软件，对结构切割全过程进行仿真分析，从而确定结构的预变形值。结构的预变形值的取值大小与切割流程紧密相关，因为在不同的切割阶段，结构自身的刚度、受力状态有着很大的差异，结构变形分布情况也有着显著变化。因此，结构的预变形值必须根据切割流程中结构的变形情况来确定。在完成跨中桁架下弦杆切割后，桁架在自重作用下会挤压下部的支撑架，从而会使切割后桁架的标高低于设计标高，因此，在主桁架切割完毕后，在支撑架顶部设置千斤顶，将桁架向上顶升一定的距离。 

在主桁架切割过程中，对结构进行了变形及内力的监测，获得结构实际的变形和受力情况，保证切割过程中结构安全性的同时，现场实测结果与仿真计算结果进行比较，检验施工过程仿真分析的精确性。以上监测内容贯穿于整个施工过程。

Claims (10)

1.一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步、在既有主桁架下方搭设支撑架，用千斤顶在支撑架上将跨中桁架向上顶升一定的距离，此时外侧柱脚内力最小，同时桁架部分荷载转移到支撑架上；

第二步、跨中桁架向上顶升后，根据有限元计算分析，外侧柱脚弦杆内力很小，采用磁力切割机将外侧柱脚弦杆及柱脚腹杆切割，同时在柱脚处放置滑移钢梁；

第三步、通过有限元计算软件分析出跨中桁架内力小的杆件，并将其切割；

第四步、通过有限元计算软件再次分析出跨中桁架中其余内力小杆件，并将其切割，经过多次重复，直至跨中桁架完全切断，此时跨中桁架荷载转移到下部的支撑架上；

第五步、切割内侧柱脚弦杆，此时桁架全部切割完毕，桁架自重全部安全转移到下部支撑架及滑移钢梁上；

第六步、在柱脚处安装液压爬行器，将切割下的桁架按照滑移设计要求滑移所需距离，并将柱脚进行焊接固定；

第七步、采用汽车吊，高空补装滑移出去后所需扩建的桁架；

第八步、进行卸载工作，拆除主桁架下方的支撑架及滑移设施。

2.如权利要求1所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述的第1步中支撑架是以力学模型建立稳固的基础，运用MADIS计算软件进行设计而成，设计时考虑的荷载包括恒载、活荷载、风荷载、列车驶过的气动力产生的水平风荷载、地震作用、支座沉降的影响、列车驶过的振动作用、上部桁架滑移施工过程对支撑架***的影响及支撑架整体稳定性屈曲分析。

3.如权利要求2所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述的风荷载：

KN/

；

其中

；

为风压，取0.45kN/m²；

是脉动增大系数，

是脉动影响系数，是振型系数与风压高度变化系数的比值；

考虑风荷载作用在立柱上，取放大系数为1.1，则线荷载为：2.73×1.1×0.377=1.13KN/，其中0.377是圆管直径。

4.如权利要求2所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述水平风荷载，考虑列车以300km/h经过时的风压，驶过列车产生气动压力和气动吸力，由于气动吸力与支撑架所受剪力方向相反，对计算支撑架有利，故不考虑气动吸力，仅考虑气动压力作用；根据相关规定，水平气动压力作用在轨道顶之上的最大高度为5m，且有无站台雨棚的存在，需考虑乘以1.5的阻挡系数；时速350KN的驶过列车中心线距构件边缘距离为5米，则产生的水平气动压力为0.72KN/㎡，则计算基本风压为：

根据支撑架的几何特征，可计算5m高度以下的支撑架立杆挡风宽度为：

则驶过列车对支撑架立柱产生的风荷载为：

q=0.595*1.08*1*1=0.642KN/m。

5.如权利要求1所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述支撑架计算时考虑加大荷载作用、设置较为保守的安全富余度，来保证支撑***和钢结构屋盖在施工过程中的安全性，计算时，考虑以下荷载组合：

①1.35D+0.98L

②1.2D+1.4L

③1.2D+1.4L+0.84W

④1.2D+0.98L+1.4W

⑤1.2D+1.4Δ

⑥1.2（D+0.5L）±1.3Eh

⑦1.0D+1.4L

⑧1.0D+1.4L+0.84W

⑨1.0D+0.98L+1.4W

⑩1.0（D+0.5L）±1.3Eh

其中，D代表恒载，L代表活荷载，W代表普通风荷载和驶过列车气动力产生的风荷载，Eh代表水平地震作用，Δ代表支座沉降作用。

6.如权利要求1所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述主桁架顶升前先将整榀桁架在MADIS软件中建模，分别将主桁架向上顶升10mm、20mm和30mm，得出向上顶升时外侧柱脚内力最小的顶升距离，然后将跨中桁架向上顶升，转入步骤2。

7.如权利要求1所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述步骤2中的柱脚设为滑移主动点，跨中桁架切断后架设在支撑架处为滑移跟随点；主动点处包括铺设固定在地面上的路基箱、布置在路基箱上的主动点滑移钢梁、安装在主动点滑移钢梁上支承桁架的主动滑移机构、以及固定在主动点滑移钢梁上，推动桁架移动的液压爬行器；跟随点包括布置在支撑架上的跟随点滑移钢梁，安装在跟随点滑移钢梁上支承桁架的跟随滑移机构。

8.如权利要求7所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述的主动点滑移钢梁和跟随点滑移钢梁上表面铺设一层不锈钢板。

9.如权利要求7所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述的主动滑移机构和跟随滑移机构相同，包括支撑待滑移的桁架的支架，以及贴覆在支架底面、用于在不锈钢板上滑动的聚四氟乙烯板。

10.如权利要求1所述的一种既有大跨度桁架扩建方法，其特征在于：所述步骤8中首先将全部支撑架桁架在有限元计算软件里进行支撑架全部拆除后的计算，得出每榀主桁架跨中扰度最大值；然后用支撑架上千斤顶将主桁架向上略微顶升，顶升至即将脱离支撑架即可；

将第一榀桁架进行卸载，卸载的高度为上述计算扰度最大值的一半；接着将第二榀桁架卸载，卸载的高度同样为上述计算扰度最大值的一半；将第一榀桁架再卸载扰度最大值的一半，此时，第一榀桁架已经全部卸载完毕，其下方的支撑架可以全部拆除；

将第三榀桁架开始卸载扰度最大值的一半，此时，第三榀桁架与第四榀桁架标高相差扰度最大值的一半，第三榀桁架与第二榀桁架标高一致，第二榀桁架与第一榀桁架标高相差扰度最大值的一半，各榀桁架之间标高呈阶梯状；

将第二榀桁架再卸载扰度最大值的一半，此时，第二榀桁架已经全部卸载完毕，其下方的支撑架也可以全部拆除；然后将第四榀桁架也按照上述方式卸载，重复上述步骤，将每榀桁架呈阶梯状进行卸载，直至全部桁架卸载完毕。

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