大直徑巨型環(huán)梁系統(tǒng)高空原位散拼安裝技術(shù)

大直徑巨型環(huán)梁系統(tǒng)高空原位散拼安裝技術(shù)本文詳細(xì)介紹了自行車館工程大直徑巨型鋼環(huán)梁系統(tǒng)高空原位散拼安裝技術(shù)，從質(zhì)量、安全、工期、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合分析了其應(yīng)用效果。一概況**自行車館圓形鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)是由雙層球面焊接球網(wǎng)殼、全封閉相貫線節(jié)點(diǎn)環(huán)形管桁架、24組向外傾斜15°、高度10.35m的人字柱以及24組球鉸可轉(zhuǎn)動(dòng)鑄鋼支座組成的組合結(jié)構(gòu)體系。整個(gè)屋蓋系統(tǒng)總重量約2000噸。施工中為便于區(qū)分，將整個(gè)屋蓋系統(tǒng)分為A、B、C三個(gè)區(qū)，其中：A區(qū)為焊接球網(wǎng)殼部分，B區(qū)為環(huán)梁系統(tǒng)，C區(qū)為人字柱和鑄鋼支座（如下圖示）。圖1屋蓋系統(tǒng)分區(qū)圖B區(qū)環(huán)形管桁架系統(tǒng)鋼材材質(zhì)為Q345C，是由一圈Φ1200×20鋼管、三圈Φ500×16鋼管及Φ245腹桿組成的封閉環(huán)形相貫線節(jié)點(diǎn)連接的管桁架結(jié)構(gòu)，用于抵抗網(wǎng)殼的水平推力，傳遞網(wǎng)殼的豎向荷載，與A區(qū)網(wǎng)殼共同組成屋蓋系統(tǒng)，環(huán)梁系統(tǒng)周長(zhǎng)418m，覆蓋直徑達(dá)150m，橫截面寬度11.1m，高度6.6m，圖2環(huán)梁系統(tǒng)構(gòu)造圖圖3環(huán)梁實(shí)體照片二施工方法概述高空原位散拼安裝方案充分利用了結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理地安排安裝順序，每一圈環(huán)梁進(jìn)行逐段安裝、逐段精度控制，每一圈閉合后再安裝下一圈。首先利用已經(jīng)安裝的人字柱和設(shè)置在兩個(gè)支點(diǎn)之間的H型鋼作為承重點(diǎn)安裝Φ1200環(huán)梁。Φ1200環(huán)梁閉合后即形成了穩(wěn)定系統(tǒng)。再以Φ1200環(huán)梁為支點(diǎn)安裝中環(huán)Φ500及其下方腹桿，再以Φ1200和中環(huán)Φ500為支點(diǎn)安裝內(nèi)環(huán)Φ500環(huán)梁及③號(hào)和④號(hào)腹桿，最后安裝外環(huán)Φ500環(huán)梁及①號(hào)和②號(hào)腹桿。每一個(gè)施工階段結(jié)構(gòu)都自身構(gòu)成穩(wěn)定體系，構(gòu)件的重量也都由結(jié)構(gòu)自身支撐，所有的腳手架平臺(tái)不承重，只作為人員操作平臺(tái)使用，確保了施工安全。同時(shí)也節(jié)省了大量的措施費(fèi)。外環(huán)梁安裝時(shí)沒有搭設(shè)滿堂紅腳手架，而是采用了軌道式移動(dòng)平臺(tái)，也節(jié)省了大量的措施費(fèi)。三施工重點(diǎn)和難點(diǎn)環(huán)梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件規(guī)格大、重量大、數(shù)量多，Φ1200×20大直徑鋼管每個(gè)吊裝單元重約10t，靠人字柱和中部H型鋼支撐，標(biāo)高和位移微調(diào)靠千斤頂和拉結(jié)在混凝土結(jié)構(gòu)上的倒鏈。每圈環(huán)梁的長(zhǎng)度達(dá)到400m以上，如果不能有效控制各段的誤差，那么可能造成環(huán)梁不能閉合，并可能造成環(huán)梁與網(wǎng)殼合攏困難。四施工工藝流程采用逐圈分段安裝、逐圈逐段控制的方法保證巨型環(huán)梁的精確就位，整體安裝順序如下：Ф1200環(huán)梁→中環(huán)Ф500環(huán)梁及腹桿→內(nèi)環(huán)Ф500環(huán)梁及腹桿→外環(huán)Ф500環(huán)梁及腹桿每一圈環(huán)梁分為24個(gè)吊裝單元，每個(gè)單元長(zhǎng)度從16.5m到19.5m，由四小段組成。考慮到全部組拼后運(yùn)輸困難，在工廠中先將每個(gè)吊裝單元的三小段組成一個(gè)整體、另外一段作為單件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)。吊裝前再在地面胎具上進(jìn)行“3+1SHAPE圖4地面“3+1”五Φ1200環(huán)梁的安裝1．利用安裝好的人字柱為支撐點(diǎn)，以每?jī)山M人字柱之間設(shè)置的H型鋼為臨時(shí)支撐點(diǎn)，用兩臺(tái)50噸汽車吊逐段吊裝Φ1200鋼管就位。標(biāo)高調(diào)整以預(yù)先在混凝土結(jié)構(gòu)上制作的輔助混凝土柱為基準(zhǔn)點(diǎn)，利用水平儀觀測(cè)，在H型鋼下方設(shè)置千斤頂進(jìn)行調(diào)整。在環(huán)梁上設(shè)置標(biāo)記點(diǎn)，預(yù)先在混凝土樓面上放出標(biāo)記點(diǎn)的投影點(diǎn)，從不同的方向觀測(cè)標(biāo)記點(diǎn)與投影點(diǎn)均在同一豎直面上時(shí)說明環(huán)梁就位準(zhǔn)確。調(diào)正到位后用鋼絲繩和倒鏈將環(huán)梁與混凝土結(jié)構(gòu)拉緊，并將Φ1200環(huán)梁與人字柱的相貫焊縫點(diǎn)焊固定。安裝完三段環(huán)梁之后再焊接其與人字柱的焊縫。2．第一段Φ1200環(huán)梁由5小段組成，能夠跨越兩個(gè)人字柱頂，便于固定。剩余的每四小段組成一個(gè)吊裝單元。吊裝時(shí)一端由人字柱支撐，另一端通過導(dǎo)向板和連接耳板與已經(jīng)安裝了的環(huán)梁連接固定，依次進(jìn)行，直至整圈Φ1200環(huán)梁閉合。由于控制措施合理到位，最后一段環(huán)梁合攏時(shí)誤差只有3㎜。Φ1200環(huán)梁閉合后，人字柱與Φ1200鋼管已形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。圖5雙機(jī)抬吊圖6環(huán)梁與人字柱焊接連接圖7各段環(huán)梁對(duì)焊連接六中環(huán)Φ500環(huán)梁的安裝Φ1200環(huán)梁閉合后，在其上方搭設(shè)腳手架操作平臺(tái)。在地面設(shè)置胎架，將每一節(jié)Φ500環(huán)梁與對(duì)應(yīng)的四根豎直的腹桿組拼成整體。再利用50t汽車吊或塔吊吊裝就位，用全站儀配合吊線法精確控制Φ500鋼管與Φ1200鋼管的同心度。為防止傾倒，用攬風(fēng)繩與混凝土結(jié)構(gòu)拉結(jié)固定。點(diǎn)焊豎直腹桿與Φ1200環(huán)梁的焊口，逐段依次進(jìn)行安裝，直至整圈閉合。安裝完成三段后再焊接此焊口，完成中環(huán)Φ500環(huán)梁的安裝。圖8在地面將中環(huán)Φ500鋼管與Φ245鋼管組合成整體圖9整體吊裝圖10焊接Φ245與Φ1200鋼管七內(nèi)環(huán)Φ500環(huán)梁的安裝首先將兩根④號(hào)腹桿在地面胎具上組成人字形，預(yù)先在Φ1200環(huán)梁上放線，并設(shè)置定位擋板，吊裝④號(hào)腹桿（人字形）并初步定位，利用經(jīng)緯儀測(cè)量，調(diào)整其就位角度。每安裝四組人字形腹桿后，吊裝一段內(nèi)環(huán)Φ500環(huán)梁。環(huán)梁直接由④號(hào)腹桿支撐并初步定位，再利用全站儀測(cè)控內(nèi)環(huán)Φ500就位位置。調(diào)整到位后點(diǎn)焊固定，用鋼絲繩與中環(huán)Φ500環(huán)梁拉結(jié)固定。再逐根散裝③號(hào)腹桿。依次進(jìn)行，直至整圈閉合。最后完成相貫焊縫的焊接。該系統(tǒng)也自身形成穩(wěn)定體系。圖11將下腹桿在地面組裝成人字形圖12吊裝下腹桿圖13吊裝內(nèi)環(huán)Φ500鋼管圖13安裝上腹桿八外環(huán)Φ500環(huán)梁的安裝1．為了節(jié)省措施費(fèi)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)制作了軌道式移動(dòng)平臺(tái)作為外環(huán)梁安裝的作業(yè)平臺(tái)。該移動(dòng)平臺(tái)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)件為焊接球和鋼管、H型鋼，軌道可以倒換使用。移動(dòng)平臺(tái)的牽引利用倒鏈或絞磨。移動(dòng)過程中平臺(tái)重量由萬向輪承受，移動(dòng)到位后利用枕木支撐底座，萬向輪和底座均不受力，確保安全。圖14軌道式移動(dòng)平臺(tái)2．在地面胎具上將對(duì)應(yīng)的①號(hào)和②號(hào)腹桿組成四角錐形，利用支架固定，防止變形破壞。在環(huán)梁上預(yù)先放出腹桿就位位置，整體吊裝四角錐形就位。通過倒鏈與已經(jīng)安裝了的中環(huán)Φ500環(huán)梁拉緊。每安裝完四組四角錐型腹桿后吊裝一段外環(huán)Φ500環(huán)梁。初步由腹桿定位，在利用經(jīng)緯儀等測(cè)控外環(huán)梁就位位置。就位準(zhǔn)確后點(diǎn)焊固定，并用倒鏈與已經(jīng)安裝了的環(huán)梁拉緊，再完成焊接。依次進(jìn)行直至整圈閉合。圖15將兩對(duì)V形組對(duì)成四角錐形圖16吊裝四角錐圖17吊裝外環(huán)Φ500鋼管圖18焊接Φ500和Φ245之間的焊縫九技術(shù)保證措施1．在環(huán)梁系統(tǒng)安裝過程中分別經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段施工之前對(duì)每個(gè)階段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性都進(jìn)行了驗(yàn)算，確保施工安全。該安裝順序充分利用了結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，每個(gè)結(jié)構(gòu)件的安裝都以已經(jīng)安裝了的結(jié)構(gòu)為支撐點(diǎn)，避免了搭設(shè)承重腳手架，節(jié)省了措施費(fèi)用，同時(shí)也降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。2．外環(huán)梁安裝采用軌道式移動(dòng)平臺(tái)作為操作平臺(tái)，也避免了搭設(shè)大量的腳手架，節(jié)省了大量的措施費(fèi)用。3．整個(gè)安裝過程逐段保證環(huán)梁的標(biāo)高和環(huán)向就位位置，保證了環(huán)梁的精確閉合，為后續(xù)與網(wǎng)殼部分順利合攏創(chuàng)造了條件。十質(zhì)量控制措施1．地面環(huán)梁組對(duì)及腹桿的組對(duì)都在專用胎架上進(jìn)行，保證了組裝精度，為確保安裝精度創(chuàng)造了條件。2．環(huán)梁安裝時(shí)先利用已安裝的結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步定位，再利用全站儀、水平儀、經(jīng)緯儀進(jìn)行精確測(cè)量校核，確保環(huán)梁的環(huán)向定位和標(biāo)高的準(zhǔn)確。3．大直徑環(huán)梁在地面組成每四節(jié)一個(gè)吊裝單元，內(nèi)環(huán)下腹桿、外環(huán)腹桿均在地面組對(duì)焊接，減少了高空焊接作業(yè)量，易于保證質(zhì)量。4．現(xiàn)場(chǎng)焊接人員均持有焊工等級(jí)證書，在進(jìn)場(chǎng)時(shí)均通過了國(guó)家權(quán)威部門的考試。考試的焊接形式為“有障礙全位置”焊接。5．環(huán)梁部分相貫焊縫焊接作業(yè)大多在冬期完成，進(jìn)入冬施之前對(duì)焊工進(jìn)行了冬期焊接施工培訓(xùn)和考核，配備了紅外線測(cè)溫儀、烤槍、保溫棉、彩條布等各種冬施物資?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)冬施焊接的規(guī)定搭設(shè)防風(fēng)棚，焊前預(yù)熱、焊后保溫，并嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和焊接層間溫度，嚴(yán)格執(zhí)行焊條烘干和領(lǐng)用制度，保證了焊接質(zhì)量