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結(jié)合鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程大跨度空間結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，提出了一種頂推累計(jì)滑移方法，詳細(xì)分析了其技術(shù)原理，提出了包括三向承力的滑道和滑道梁設(shè)計(jì)、減摩技術(shù)與減摩材料、模擬加載試驗(yàn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)在內(nèi)的一整套施工工藝技術(shù)。采用有限元軟件對(duì)該方法的施工全過程進(jìn)行了模擬分析，得到了施工過程中整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能、桿件應(yīng)力和結(jié)構(gòu)變形指標(biāo)，進(jìn)而制定了施工過程中關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通過實(shí)際施工過程中的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)其與有限元分析結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了本文提出的頂推累計(jì)滑移方法的施工過程的安全性、可行性和高效性。
      關(guān)鍵詞：曲線頂推累積滑移    三向承力的滑道和滑道梁  減摩技術(shù)與減摩材料  模擬加載試驗(yàn)技術(shù)  計(jì)算機(jī)控制技術(shù)
      1  工程概況
      鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)新建航站樓整體造型為一只展翅的雄鷹，建筑物地上三層，地下一層，總建筑面積約為100277m2，，主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，屋頂均采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋,見圖1。
 

圖1   鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程效果圖
 

建筑中心位置（A區(qū)），為直徑108米的大型穹頂。A區(qū)結(jié)構(gòu)主要由圓形穹頂結(jié)構(gòu)和懸挑的鋼雨棚結(jié)構(gòu)組成。穹頂結(jié)構(gòu)主要由穹頂中心球殼、內(nèi)環(huán)桁架、主桁架以及主桁架之間扇形區(qū)域(包括外環(huán)桁架)鋼結(jié)構(gòu)組成。徑向主桁架共24榀，在其外側(cè)端部下方設(shè)有Y形鋼支撐柱，柱腳通過球形鋼支座與混凝土柱頂連接，混凝土柱頂標(biāo)高為+21.8米。環(huán)向桁架共有兩圈，分別位于徑向主桁架的兩端。在內(nèi)圈環(huán)桁架的內(nèi)部，為穹頂中心球殼結(jié)構(gòu)，直徑為20米，頂部標(biāo)高為+45.364米。
      2  滑移施工工藝
      結(jié)構(gòu)布置內(nèi)、中、外三環(huán)滑移軌道，內(nèi)環(huán)布置在內(nèi)環(huán)桁架下方（半徑10米），中環(huán)布置在半徑24.479米上，外環(huán)布置在穹頂結(jié)構(gòu)柱上（半徑54米），在結(jié)構(gòu)外環(huán)和中環(huán)布置頂推動(dòng)力裝置，內(nèi)環(huán)安裝輪子作為從動(dòng)軌道。
      內(nèi)環(huán)桁架及中心球殼單元散裝安裝，環(huán)桁架下弦桿處安裝八個(gè)滑動(dòng)臺(tái)車。徑向主桁架分兩段在地面拼裝，吊裝到滑移拼裝平臺(tái)上組裝完成主桁架，主桁架間單層網(wǎng)殼、環(huán)桁架和內(nèi)環(huán)采用高空散裝（圖2）。
 

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工:主桁架安裝
 

采用逆時(shí)針方向滑移，采用計(jì)算機(jī)控制的液壓同步推進(jìn)設(shè)備，第一次滑移同時(shí)拼裝兩個(gè)區(qū)間（30度）進(jìn)行滑移，以后每次左右同時(shí)累積結(jié)構(gòu)的1/24區(qū)間（15度），共累計(jì)滑移10次，直至24榀主桁架及其間網(wǎng)殼全部安裝到設(shè)計(jì)位置。
      本工程中滑移頂推點(diǎn)共設(shè)置10處，分為兩組，分別在中、外環(huán)滑道上中心對(duì)稱布置。其中外環(huán)滑道上共6處，中環(huán)滑道上共4處。
      滑移頂推點(diǎn)平面布置如圖3所示：

圖3  鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程:滑移頂推點(diǎn)平面布置圖
 

3  液壓頂推滑移關(guān)鍵施工技術(shù)
      3．1 液壓滑移工作原理
      “液壓同步滑移技術(shù)”采用液壓頂推器作為滑移驅(qū)動(dòng)設(shè)備。液壓頂推器為采用組合式設(shè)計(jì)，后部以頂緊裝置與滑道連接，前部通過銷軸及連接耳板與被推移結(jié)構(gòu)連接，中間利用主液壓缸產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)頂推力。
      液壓頂推器的頂緊裝置具有單向鎖定功能。當(dāng)主液壓缸伸出時(shí)，頂緊裝置工作，自動(dòng)頂緊滑道側(cè)面；主液壓缸縮回時(shí)，頂緊裝置不工作，與主液壓缸同方向移動(dòng)。
      液壓頂推器工作流程示意如圖4：
      步序1：液壓頂推器頂緊裝置安裝在滑道上，靠緊側(cè)向擋板；主液壓缸缸筒耳板通過銷軸與被推移結(jié)構(gòu)連接；液壓頂推器主液壓缸伸缸，推動(dòng)被推移結(jié)構(gòu)向前滑移。

 
圖4-1  大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工步序1

步序2：液壓頂推器主液壓缸連續(xù)伸缸一個(gè)行程，頂推被推移結(jié)構(gòu)向前滑移一端距離（一個(gè)步距）。

 
圖4-2  大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工步序2

步序3：一個(gè)行程伸缸完畢，被推移結(jié)構(gòu)不動(dòng)；液壓頂推器主液壓缸縮缸，使頂緊裝置與滑道擋板松開，并跟隨主液壓缸向前移動(dòng)。
 

圖4-3  大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工步序3

步序4：主液壓缸一個(gè)行程縮缸完畢，拖動(dòng)頂緊裝置向前移動(dòng)一個(gè)步距。一個(gè)行程的頂推滑移完成；從步序1開始執(zhí)行下一行程的步序。
 

 圖4-4  大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工步序4
 

3．2施工監(jiān)測(cè)措施
      鋼結(jié)構(gòu)頂推平移是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的，滑移中同時(shí)安排人工測(cè)量對(duì)鋼結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并由各頂推點(diǎn)操作人在行程中觀測(cè)滑道情況，行程結(jié)束時(shí)測(cè)量平移距離，采取多重保險(xiǎn)。
      3．3承載系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      頂推平移的承載系統(tǒng)由滑道、滑塊、反力架等組成。滑道、滑塊承受由結(jié)構(gòu)自重及摩擦力引起的三向反力，反力架承受結(jié)構(gòu)頂推滑移時(shí)的后座力，滑道起到導(dǎo)向作用，還受到一定的附加側(cè)向力。
       (1)三向承力的滑道和滑道梁設(shè)計(jì)
      滑道結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)滑移過程中，起到承重、導(dǎo)向和橫向限制支座水平位移的作用，滑道和滑道梁承受三向反力。
      外環(huán)利用柱頂標(biāo)高為+21.8米的24根鋼筋混凝土立柱，沿環(huán)向設(shè)置鋼滑道梁形成通長(zhǎng)滑道。中、內(nèi)環(huán)設(shè)置臨時(shí)支架鋼結(jié)構(gòu)，頂部設(shè)置環(huán)形鋼滑道梁。滑道直接鋪設(shè)在滑道梁的上面。滑道中心線應(yīng)與滑道梁軸線重合，以減小滑移過程中滑移單元自重荷載偏心及水平推力對(duì)滑道梁的不利影響。內(nèi)環(huán)滑道采用從動(dòng)滑移，考慮到其自轉(zhuǎn)、從動(dòng)的工況特性，內(nèi)環(huán)滑移的設(shè)計(jì)應(yīng)首先盡量減少摩擦，故選用了滾動(dòng)摩擦的型式。另外，滑移支座處的架空高度盡量小，以增加整個(gè)內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)滑移過程中的穩(wěn)定性。
      鋼滑道梁采用焊接H型鋼制作，滑道選用16a熱軋槽鋼制作，與滑道梁間斷焊接固定。滑道側(cè)面對(duì)稱設(shè)置擋板結(jié)構(gòu)，起到對(duì)槽鋼翼緣加固、以及抵抗滑移支座處可能側(cè)向推力的作用。如下圖5所示：

圖5   鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程 滑道側(cè)向擋板平面圖

 屋面鋼結(jié)構(gòu)沿徑向的剖面為拱型結(jié)構(gòu)，有一定的支座水平推力，會(huì)對(duì)滑移的過程產(chǎn)生影響。為減小滑移支座對(duì)滑道的水平推力，采取釋放位移的方法來達(dá)到目的。實(shí)施時(shí)滑靴（鋼滑塊）與滑道側(cè)壁預(yù)留一定調(diào)節(jié)間隙，為水平推力的釋放預(yù)留空間。
      (2)減摩技術(shù)與減摩材料
      滑塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是采用優(yōu)良的減摩材料制作減摩板。減摩板要求摩擦系數(shù)小，并且在額定壓力下變形小、摩損小、時(shí)效蠕變小，既能有效減小滑塊與滑道的摩擦力，又經(jīng)久耐用，附合頂推滑移的工況要求。同時(shí)，為保持良好的潤(rùn)滑，還設(shè)置了潤(rùn)滑油自動(dòng)補(bǔ)給的孔道和裝置。
      3．4頂推設(shè)備
      本工程中采用液壓爬行器作為推進(jìn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。液壓爬行器為組合式結(jié)構(gòu)，一端以楔形夾塊與滑移重型軌道連接，另一端以鉸接點(diǎn)形式與滑移胎架或構(gòu)件連接，中間利用液壓油缸驅(qū)動(dòng)爬行。選用的步進(jìn)式液壓頂推器，是一種通過后部頂緊，主液壓缸產(chǎn)生頂推反力，從而實(shí)現(xiàn)與之連接的被推移結(jié)構(gòu)向前平移的專用設(shè)備。此設(shè)備的反力結(jié)構(gòu)利用滑道設(shè)置，省去了反力點(diǎn)的加固問題。
      液壓推進(jìn)器與被推移結(jié)構(gòu)通過銷軸連接，傳力途徑非常直接，啟動(dòng)過程中無延時(shí)，動(dòng)作精確度好。由于其反力點(diǎn)為步進(jìn)頂緊式接觸，不會(huì)在滑移過程中產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，所以同步控制效果更好。步進(jìn)式的工作過程，使得同步誤差在每個(gè)行程完成后自然消除，無累積誤差，同步精度很高。
通過滑移設(shè)備擴(kuò)展組合，滑移重量、跨度、面積不受限制。只要有合理的頂推位置，滑移距離不受限制，液壓爬行器具有逆向運(yùn)動(dòng)自鎖性，使滑移過程十分安全，并且構(gòu)件可以在滑移過程中的任意位置長(zhǎng)期可靠鎖定。
液壓滑移設(shè)備體積小、自重輕、承截能力大，特別適宜于在狹小空間或室內(nèi)進(jìn)行大噸位構(gòu)件滑移安裝。設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作方便靈活，安全性好，可靠性高，使用面廣，通用性強(qiáng)。
      (1) 液壓頂推器
      本工程中采用的YS-PJ-50型液壓頂推器。在外、中環(huán)滑道上根據(jù)單個(gè)滑移支點(diǎn)及總的反力值，按最不利工況計(jì)算配置滿足總的液壓頂推力需求的液壓頂推器數(shù)量，經(jīng)計(jì)算在中環(huán)滑道上配置4臺(tái)液壓頂推器，在外環(huán)滑道上配置6臺(tái)液壓頂推器。參見滑移頂推點(diǎn)平面布置圖。
      (2)液壓泵源系統(tǒng)
      YS-PP-60液壓泵源系統(tǒng)為液壓頂推器提供動(dòng)力，并通過就地控制器對(duì)多臺(tái)或單臺(tái)液壓頂推器進(jìn)行控制和調(diào)整，執(zhí)行液壓同步頂推計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的指令并反饋數(shù)據(jù)。
      在不同的工程使用中，由于滑移頂推點(diǎn)的布置和液壓頂推器的配置都不盡相同，為了提高液壓頂推設(shè)備的通用性和可靠性，液壓泵源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)頂推點(diǎn)的布置以及液壓頂推器數(shù)量和液壓泵源流量，可進(jìn)行多個(gè)模塊的組合，每一套模塊以一套液壓泵源系統(tǒng)為核心，可獨(dú)立控制一組液壓頂推器，同時(shí)可進(jìn)行多點(diǎn)擴(kuò)展，以滿足各種類型工程的實(shí)際需要。
      由于外、中環(huán)兩條滑道沿同心圓布置，之間距離較遠(yuǎn)，故液壓泵源系統(tǒng)擬采用單滑道上跟隨液壓頂推器配置的方式，也可考慮采用跨兩條滑道對(duì)應(yīng)液壓頂推器配置的方式。
本工程中，因兩條滑道上設(shè)備配置系數(shù)相差較大，采用每個(gè)分區(qū)每條滑道上一組液壓頂推器并聯(lián)，配置一臺(tái)YS-PP-60型液壓泵源系統(tǒng)的方式。另外，中環(huán)滑道半徑較小，且配置的液壓頂推器總數(shù)僅有4臺(tái)，故僅配置一臺(tái)YS-PP-60型液壓泵源系統(tǒng)，將4臺(tái)液壓頂推器兩兩并聯(lián)，分別由同一泵站的兩臺(tái)泵機(jī)提供動(dòng)力。鋼結(jié)構(gòu)兩個(gè)分區(qū)對(duì)稱滑移的總配置為3臺(tái)YS-PP-60型液壓泵源系統(tǒng)。
      (3)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
      電器同步控制系統(tǒng)由動(dòng)力控制系統(tǒng)、功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳感檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。
      電器控制系統(tǒng)主要完成以下兩個(gè)控制功能：集群頂推器作業(yè)時(shí)的動(dòng)作協(xié)調(diào)控制。在牽引過程中，所有液壓頂推器都必須在計(jì)算機(jī)的控制下協(xié)調(diào)動(dòng)作，為同步滑移創(chuàng)造條件；各點(diǎn)之間的同步控制是通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的流量來控制液壓頂推器的運(yùn)行速度，保持被推移結(jié)構(gòu)的各點(diǎn)同步運(yùn)行，以保持其平面姿態(tài)。
液壓同步滑移施工技術(shù)采用傳感監(jiān)測(cè)和計(jì)算機(jī)集中控制，通過數(shù)據(jù)反饋和控制指令傳遞，可全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步動(dòng)作、負(fù)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(bào)警等多種功能。
      操作人員可在中央控制室通過液壓同步計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行液壓滑移過程及相關(guān)數(shù)據(jù)的觀察和（或）控制指令的發(fā)布。通過計(jì)算機(jī)人機(jī)界面的操作，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、順控（單行程動(dòng)作）、手動(dòng)控制以及單臺(tái)液壓頂推器的點(diǎn)動(dòng)操作，從而達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)累積滑移安裝工藝中所需要的同步頂推、姿態(tài)調(diào)整、單點(diǎn)毫米級(jí)微調(diào)。
本工程中共配置一套YS-CS-01型計(jì)算機(jī)同步控制及傳感檢測(cè)系統(tǒng)。
      3．5穩(wěn)定性控制及頂推力的傳遞
      本工程中鋼結(jié)構(gòu)屋蓋滑移單元滑移過程中，由于頂推點(diǎn)距離主桁架之間的水平結(jié)構(gòu)均有一定距離（鋼立柱處特別大）。頂推點(diǎn)的水平頂推力會(huì)產(chǎn)生繞其上部節(jié)點(diǎn)的附加彎距。此附加彎距不利于滑移過程中支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。且當(dāng)滑移單元開始滑移時(shí)，因?yàn)轫斖泣c(diǎn)后面滑移支座與滑道的摩擦力與頂推力反向，將導(dǎo)致相鄰兩個(gè)鋼立柱分別朝相反方向的豎向扭轉(zhuǎn)，并將水平力直接傳遞給上部環(huán)桁架結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不易控制的應(yīng)力應(yīng)變，對(duì)屋面鋼結(jié)構(gòu)滑移安裝過程的結(jié)構(gòu)安全不利。
      為消除這種不易控制的影響，并從滑移安裝精度控制角度出發(fā)，保證后面的滑移支座與頂推點(diǎn)、以及所有滑移支座之間的同步性，應(yīng)沿滑道方向，在相鄰的滑移支座之間加設(shè)臨時(shí)水平聯(lián)系桿件。
      3．6液壓頂推系統(tǒng)調(diào)試及分級(jí)加載試滑移
      液壓滑移設(shè)備系統(tǒng)安裝完成后，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。待液壓頂推系統(tǒng)設(shè)備檢測(cè)無誤后開始試滑移。經(jīng)計(jì)算，確定液壓頂推器所需的伸缸壓力（考慮壓力損失）和縮缸壓力。開始試滑移時(shí)，液壓頂推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%，95%，100%。屋面鋼結(jié)構(gòu)滑移單元?jiǎng)傞_始有移動(dòng)時(shí)暫停頂推作業(yè)，保持液壓頂推設(shè)備系統(tǒng)壓力。對(duì)液壓頂推器及設(shè)備系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，在確認(rèn)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性絕無問題的情況下，才能開始正式頂推滑移。
      4、屋蓋累積滑移施工模擬
      根據(jù)施工方案，A區(qū)鋼屋蓋采用雙向累積滑移施工技術(shù)，由于拼裝、滑移過程中結(jié)構(gòu)受力與設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)有所差別。一方面，邊界支撐條件和結(jié)構(gòu)受力體系可能不同；另一方面整個(gè)結(jié)構(gòu)體系是個(gè)逐步建立的過程，存在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，部分桿件受力特性可能發(fā)生改變，因此需要對(duì)施工過程中的若干關(guān)鍵工況進(jìn)行計(jì)算，對(duì)可能發(fā)生的不利因素進(jìn)行提前預(yù)警，以保證結(jié)構(gòu)施工的安全。
      4.1計(jì)算模型圖6

圖6  大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工 計(jì)算模型
 

圖7-1   大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工 內(nèi)環(huán)支座側(cè)移位移量

 
圖7-2   大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工 中環(huán)支座側(cè)移位移量

 
圖7-3   大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)曲線頂推累積滑移施工 外環(huán)支座側(cè)移位移量
 

圖8-1  鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程 第一個(gè)滑移單元滑移時(shí)，桿件應(yīng)力比值

 
圖8-2  鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程 鋼屋蓋完成1/2，累積旋轉(zhuǎn)滑移75°時(shí)，桿件應(yīng)力比值

 
圖8-3  鄂爾多斯機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程 鋼屋蓋完成拼裝、滑移后，未卸載前桿件應(yīng)力比值