屋蓋主桁架卸載撓度變形監(jiān)測與分析

屋蓋主桁架卸載撓度變形監(jiān)測與分析

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1、博覽中心屋蓋主桁架卸載撓度變形監(jiān)測與分析????摘??要:中山博覽中心屋蓋采用大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu),主桁架跨度最大為90m,為保證安裝質(zhì)量和施工安全,施工前運用有限元軟件模擬卸載工況,在施工過程種對主桁架卸載撓度變形進行了監(jiān)測,并對結(jié)構(gòu)監(jiān)測值與模擬值進行了比較分析。????關(guān)鍵詞:大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)?桁架撓度?變形監(jiān)測?有限元模擬分析1.工程概況????中山博覽中心項目位于廣東省中山市博愛六路(市黨校東),由美國SOM設(shè)計事務(wù)所及廣東省建筑設(shè)計研究院聯(lián)合設(shè)計,總占地面積約250000?m2,其中建筑面積約120000m2。地上

2、主體結(jié)構(gòu)采用大跨度空間鋼管桁架結(jié)構(gòu),總用鋼量約18000t。????整個屋蓋鋼結(jié)構(gòu)通過位于12軸線的溫度伸縮縫,劃分為A區(qū)、C區(qū),見下圖1所示。其中A區(qū)自B軸至N軸通過格構(gòu)柱或核心筒柱,劃分為90m、54m、54m三跨,見下圖2所示,總長216米;東西方向從12軸至26軸長252米。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)為雙向交錯鋼管桁架結(jié)構(gòu),其中主桁架沿12軸~26軸共15列,每列主桁架在B、G、K、N軸遇托架處斷開,并與托架相貫焊接。主桁架間距18m,高低交替呈波浪形,相鄰主桁架下弦中心線標高分別為+18.150m、+13.650m,單榀主桁架

3、高度約為4.5m~10m,主桁架下弦主要采用φ660×14的鋼管,上弦主要采用φ610×14的鋼管,上、下弦垂直桿及腹桿尺寸為φ508×20、φ356×10等,從12軸~26軸共有4列托架,分別架立在B軸、G軸、K軸和N軸柱頂上,柱間距36米;沿B軸~N軸次桁架共19列,間距9m,每列次桁架遇主桁架處斷開,并與主桁架相貫或插板焊接連接。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)通過單向或雙向滑動盆式橡膠支座固定在鋼管格構(gòu)柱頂或鋼筋混凝土柱頂上。?15~26/B~G軸線區(qū)域為常年展廳,見下圖1所示,該區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)有地下室及地上二層、三層樓層結(jié)構(gòu)。2.屋

4、蓋安裝方案????本工程屋蓋桁架安裝跨度大、施工工期緊張,常年展廳上方屋蓋由于受其正下方地下室結(jié)構(gòu)影響,吊裝機械無法直接進入跨內(nèi)安裝。綜合考慮現(xiàn)場結(jié)構(gòu)場地及桁架結(jié)構(gòu)分布情況,經(jīng)過多種方案可實施性、經(jīng)濟性及工期等方面的比選,現(xiàn)場采用了“分段吊裝、高空散裝與累積滑移”相結(jié)合的安裝方法。????A區(qū)鋼屋蓋可分為累積滑移區(qū)、分段吊裝區(qū)和高空散裝區(qū),見下圖3所示:????⑴分段吊裝????A區(qū)12~26/H~N軸線區(qū)域及12~14/B~G軸線區(qū)域,由于不存在地下室結(jié)構(gòu)影響,直接采用150t履帶吊將主桁架分兩或三段吊裝,其中K~N跨

5、分為兩段吊裝,在高空支架上進行對接。????⑵累積滑移????A區(qū)14~26/B~G軸線區(qū)域,由于場地內(nèi)存在地下室結(jié)構(gòu),起重機械無法直接進入跨內(nèi)進行吊裝,現(xiàn)場采用“地面分段拼裝、高空平臺組裝、累積滑移”的方法進行安裝。分別在B軸線和G軸線上分別架設(shè)兩條高空滑移軌道,在26軸線外搭設(shè)36m拼接平臺,主桁架分為三大段在拼接平臺上對接,桁架拼裝采用150t履帶吊進行作業(yè)。每拼裝完一個滑移單元,屋蓋整體滑移18m,將拼裝平臺騰空,進行下一單元拼接,以此類推,直至完成。拼裝過程在分段點設(shè)置臨時格構(gòu)支撐,待18m跨滑移單元區(qū)域構(gòu)件拼

6、裝焊接完畢,進行臨時支撐拆除卸載。????⑶高空散裝????待滑移區(qū)域屋蓋結(jié)構(gòu)滑移就位后,進行區(qū)域間的補檔,采用汽車吊進行單件散裝。3.計算機模擬分析????⑴第15~16軸主桁架計算機模擬分析????選取累積滑移區(qū)90m跨第15~16軸主桁架進行有限元模擬分析,采用Midas/gen6.1.1軟件,建立桿件單元模型,如下圖9所示:????由于桁架跨度距離為90m,而且桁架截面高度作折線形變化,為較好的掌握桁架整體模擬沿跨度方向的下?lián)锨闆r,故在模擬計算時在桁架中部及北側(cè)懸挑區(qū)域設(shè)置TJ1~TJ5五個卸載節(jié)點,如下圖所示:

7、????考慮到Midas模型沒有建入檁條,可以通過調(diào)整自重系數(shù)模擬加設(shè)此部分荷載。同時,考慮實際結(jié)構(gòu)節(jié)點加強,且部分桿件帶有加勁肋,因此有限元模型自重要小于實際結(jié)構(gòu)重量,這種差距同樣通過調(diào)整自重系數(shù)來減小。????①取自重系數(shù)為1.0進行計算,結(jié)果總反力為347t;按照深化設(shè)計圖紙所給材料表,統(tǒng)計現(xiàn)場加工拼裝實際結(jié)構(gòu)自重為423t,對比原計算結(jié)果,將自重系數(shù)增至1.22。????②按自重系數(shù)1.22計算,結(jié)果總反力為423.2t,反映實際結(jié)構(gòu)自重荷載,提取相應監(jiān)測點位移撓度為:?????③在第②種工況計算模型基礎(chǔ)上對支點

8、施加水平荷載,以模擬實際結(jié)構(gòu)支座情況(見圖6),荷載值按支點豎向反力乘以摩擦系數(shù)確定,此處摩擦系數(shù)取0.15。????計算結(jié)果如下:????以上計算機模擬得到的各點撓度值時,結(jié)構(gòu)桿件應力比無異常超標情況出現(xiàn)。????⑵第24~25軸主桁架計算機模擬分析????第24~25軸主桁架結(jié)構(gòu)與第15~16軸主桁架類似,跨度為

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