大跨度钢桁架施工技术及质量控制分析

大跨度钢桁架施工技术及质量控制分析

豆佩泽

庆阳市供排水公司， 甘肃庆阳 745000

摘要：大跨度钢桁架具有造型美观用钢量较省跨越能力优越及抗风性能和抗震性能突出等优势，因此不论从实用性还是观赏性方面来看，都得到了工程设计和相关研究者的关注大跨度钢桁架设计不仅在国内非常盛行，也在国际建筑领域获得了较大关注，并且在交通基础建设中使用大跨度钢桁架，促进了交通建设行业的进一步发展，使人们的出行更加便捷但要注意的是，现阶段的钢桁架在建设过程中仍然存在着一些问题，需要相关人员对施工技术进行持续改进和创新，进而不断提高大跨度钢桁架的适用性

关键词：大跨度；钢桁架；施工；质量控制

1、大跨度钢桁架施工技术

1.1、工程概况

某跨沟供水管桥采用钢桁架体系，总计3跨，沿水流方向依次为12m、38.5m、12m,桥体为钢桁架桥下承式结构。12m跨度钢桁架高度分别为1.5m，桥体重约10t;38.5m跨度钢桁架高度3.4m、桥体重约49t，钢材材质Q355B。边跨两端采用混凝土支墩支撑，边跨与中跨采用钢支撑。某游泳滑冰馆、网球馆结构采用钢框架结构体系，地上钢柱主要为焊接箱型柱及焊接圆管柱，最大截面为1000×700×30×30，D1100×30，材质Q355B。钢梁主要采用H型钢梁，局部钢梁最大跨度24.3m，钢梁最大截面为H1200×400×20×25，材质为Q355B。游泳滑冰馆、网球馆结构3层及屋顶层各设有两种跨度的桁架，其中3层桁架最大跨度37.5m，高2.27m，最重约29.3t。屋顶层桁架最大跨度37.8m，高2.35m，最重约15.4t。

1.2、桁架安装方案

跨沟供水管桥中中跨桁架跨度38.5m，高3.4m，总重约49t。由于桁架过高且超重，因此考虑将弦杆、连接杆、斜杆、腹板、节点板等散件运输至现场，桁架使用现场焊接安装，按下弦→斜杆/竖杆→上弦的顺序进行焊接。按边跨→中跨→边跨进行吊装，在桁架下弦搭设临时支撑。游泳滑冰馆及网球馆3层及屋顶层各有两种跨度的桁架。桁架弦杆及腹杆均为H型截面，桁架弦杆最大截面为H550×450×30×35，腹杆最大截面为H350×300×20×25，最大板厚35mm。桁架均采取塔式起重机分段吊装，在分段位置搭设临时支撑。根据塔式起重机起重性能，屋盖桁架在地面拼装成吊装单元，分段加设临时支撑进行高空吊装。

1.3、桁架地面整体拼装及桁架起拱

游泳滑冰馆及网球馆屋盖桁架分段发运至现场，使用塔式起重机将每个分段吊至相应场馆下部进行原位拼装。拼装胎架设置前，先根据桁架模型坐标转化后的x、y投影点铺设HN400×200型钢，用钢管相连形成刚性平台，胎架落于首层混凝土楼面或泳池底部。平台铺设后，设置x、y的投影线，放标高线、检验线及支点，形成弦杆轴线控制网。胎架拼装前，测量校正其总长度、宽度、高度等。对弦杆搁置位置建立控制网，测放各点的空间位置，放置弦杆的限位块。为观测刚性平台沉降，建立胎架沉降观察点。拼装过程中，由计算软件得出该段桁架产生的变形预估值，进行预起拱，通过反变形控制起拱值保证拼装结果准确。根据主桁架起拱值要求，在加工时对桁架进行起拱放样。桁架整体按跨度的1/1000起拱，即每榀桁架跨中约起拱36mm，现场拼装及安装根据起拱后的标高进行施工。跨沟供水管桥中桁架各分段间对接均为连续焊缝，互相连接付均焊满。上、下弦杆的材料不足需连接式，接头位置应与节点位置错开，接头横截面强度应大于弦杆本身强度，并且保证接头两侧的弦杆中心在一条直线上。桁架桥整体向上做预拱度，跨中拱度为60mm。

1.4、桁架临时支撑形式

游泳滑冰馆和网球馆分段桁架需搭设临时支撑的高度约为10m，采用圆钢管临时支撑。单管支撑采用609×10圆管。单个支撑截面1500mm×1500mm，立杆为180×8，腹杆为102×4。支撑立杆采用M20螺栓连接，腹杆和立杆采用M16螺栓连接。格构支撑上部非标段设田字形钢平台，由HW300×300×10×15型钢焊接而成，利用钢平台设置胎架及操作平台。格构支撑下部非标段设两个HW300×300×10×15的钢基础，型钢与底部预埋件焊接固定。

游泳滑冰馆及网球馆均为两层桁架，需分段吊装，下部搭设单管临时支撑，单管支撑上部设胎架定位模板及钢爬梯，底部与预埋件焊接固定。安装单管支撑时需拉设缆风绳临时固定。桁架分段对接时采用临时码板固定，下层桁架安装焊接完成后不拆除临时支撑，需待上层桁架全部焊接完成后方可拆除。

1.5、钢桁架吊装

桁架吊装时，桁架间及桁架与钢柱托底间设临时码板固定，若使用手拉葫芦调节方向则需另设保险钢丝绳，相邻两根钢丝绳间的夹角不应大于60°。桁架分三段吊装时，应根据临时支撑的位置先吊两端的分段，再吊中间的分段。桁架两端分段吊装时，将分段的一侧与钢柱的托底连接，桁架就位后将上弦码板密贴在钢柱托底上并立即安装临时螺栓。在高强螺栓安装前穿入的临时螺栓和冲钉数量不得少于安装总数的1/3，且临时螺栓不得少于2个，冲钉穿入数量不宜多于临时螺栓的30%。若高强螺栓不能自由穿入，应使用磁力钻或铰刀进行修整，修整后孔的最大直径应小于1.2倍螺栓直径。为防止修孔时铁屑落入板夹缝中，铰孔前应全部拧紧四周螺栓，严禁采用气割扩孔。最后焊接固定桁架上的码板，以防桁架分段侧向失稳，保证桁架整体稳定。

1.6、桁架卸载

桁架安装焊接完成且桁架间连梁安装完毕后方可卸载。割除支撑顶部胎架模板，根据支撑位置的卸载位移量控制每次割除的高度（每次割除量为5~10mm）至完成某一步割除结构不再产生向下的位移后方可拆除支撑。临时支撑卸载过程中，在桁架上布置监测监控点，每卸载一次记录相应点位的变形并与理论结果进行对照。

2、大跨度钢桁架施工质量控制

2.1、施工控制方法与原则

通常，结构分析方法有两种，即倒退分析法和前进分析法。施工方案和施工顺序选择前进分析法，分析内容为：杆件内力、悬臂位移、支点反力与位移、斜拉索初张拉力、斜拉索控制力、临时系杆控制力等。前进分析法以有限位移理论为依据，利用两个新节点间单元模拟同一施工段的新拼装杆件，其实现过程是循环往复的。循环结前进分析结果不但可作为结构受力、刚度验算、结构强度的可靠性依据，还可用于确定施工理想状态，为桁架施工奠定基础。

2.2、施工控制模型

施工控制应基于平面分析与空间分析两种模型分析结果。平面分析模型将主桁结构分为多个单元，以辅助计算软件，采用拱肋平面建模，并基于横向联系和施工荷载的影响，应用等效节点力方式进行分析。空间分析模型采用空间结构有限元分析软件，以设计施工图、尺寸及有关材料为依据，利用空间梁、杆、索单元实现模拟建模，其中主桁杆件、主桁横纵向联系结、刚性系杆以梁单元模拟，体外预应力束、吊杆以杆单元模拟，扣塔斜拉索、临时系杆以索单元模拟。通过以上控制模型计算或测得相应数据，然后根据相关数据即可评价工程是否合格、安全、优质。

结束语

总而言之，随着时代的发展，国民经济水平的提升，大跨度钢桁架等类型的公共基础设施将会愈发受到施工建设者的重视只有不断地提升施工技术水平，加强施工质量控制，才能够满足人民群众日益增长的出行需求

参考文献：

[1]戴雅萍,袁雪芬,孙文隽,赵宏康,郑履云.苏州360剧场大跨度钢桁架设计研究[J].建筑结构,2022,52(07):28-36.DOI:10.19701/j.jzjg.SZY2131.

[2]肖威.特殊环境条件下的大跨度钢桁架吊装施工技术研究[J].科学技术创新,2022(09):105-108.

[3]杨志勇,潘文彬,李军,刘宇航,许燕青.大跨度钢结构组合楼盖结构设计综合研究[J].建筑技术,2022,53(03):369-372.

[4]孔辉,李东,何旭,赵建华.大跨度交叉倒三角钢桁架结构安装及卸载技术[J].广东土木与建筑,2022,29(03):82-85.DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2022.03.021.

[5]杨世海.大跨度倒三角空间钢管桁架安装技术应用研究[J].中国建筑装饰装修,2022(04):46-47.