本發(fā)明屬于大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在承載力受限結(jié)構(gòu)上方加蓋大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工方法。主要適用于在已施工完成的結(jié)構(gòu)上方加蓋大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)，往往此類結(jié)構(gòu)已營運，為確保結(jié)構(gòu)正常運營和安全，結(jié)構(gòu)上方承載力受限，需采用的特殊施工方法。

背景技術(shù)：

大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的施工，常規(guī)采用高空散裝法、分塊分條法施工，這些施工方法均要采用剛性臨時支撐系統(tǒng)，確保結(jié)構(gòu)施工過程中的整體穩(wěn)定和安裝精度。由于大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)自重荷載很大，剛性臨時支撐系統(tǒng)支撐軸力偏大，且卸載過程中，支撐軸力會進一步增大，軸力值不可控，更無法滿足既有結(jié)構(gòu)承載力受限的要求，存在很大的施工風險。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)施工，亦采用高空懸拼散裝的施工方法，這種施工方法采用無支撐施工，利用結(jié)構(gòu)自身剛度，從兩邊往跨中懸臂施工。該方法對既有結(jié)構(gòu)無附加荷載值，但施工進度緩慢，預(yù)變形控制難度大，安裝精度難以保證，施工安全控制難，也存在很大的施工風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：在總結(jié)了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)常規(guī)施工工藝在此類特殊施工環(huán)境下的弊端，而提出一種行之有效的在承載力受限結(jié)構(gòu)上方加蓋大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工方法，既滿足既有結(jié)構(gòu)的荷載限制，又滿足大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)采用支撐形式，確保安全、質(zhì)量、工期，出色地完成施工任務(wù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種在承載力受限結(jié)構(gòu)上方加蓋大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工方法，包括以下步驟：

步驟a、首先完成非限載區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的施工；

步驟b、然后在限載區(qū)設(shè)置恒力支撐系統(tǒng)或彈性支撐系統(tǒng)，利用已完成的非限載區(qū)鋼結(jié)構(gòu)以及所述恒力支撐系統(tǒng)或彈性支撐系統(tǒng)，從兩側(cè)往中間高空散裝上蓋鋼結(jié)構(gòu)；

步驟c、待限載區(qū)的上蓋鋼大跨度結(jié)構(gòu)合攏后，分區(qū)域分階段卸載所述恒力支撐系統(tǒng)或彈性支撐系統(tǒng)。

本發(fā)明在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括以下優(yōu)選方案：

還包括步驟d：在合攏后的上蓋鋼大跨度結(jié)構(gòu)上方繼續(xù)安裝上層鋼結(jié)構(gòu)。

所述恒力支撐系統(tǒng)包括：

鋼支撐架；

設(shè)于所述鋼支撐架頂部的液壓千斤頂；

與所述液壓千斤頂相連的液壓站；

與所述液壓站相連的PLC控制器；以及

與所述PLC控制器相連的人機交互設(shè)備。

所述人機交互設(shè)備為計算機。

所述彈性支撐系統(tǒng)包括：

支撐座，該支撐座的頂部設(shè)置有豎向向下延伸的導(dǎo)向孔；

預(yù)壓彈簧，其豎直安裝于所述導(dǎo)向孔內(nèi)并呈受壓縮短狀態(tài)，而且該預(yù)壓彈簧的上下兩端分別抵靠在所述導(dǎo)向孔內(nèi)的上端部和下端部；以及

豎直支撐軸，該豎直支撐軸的下端活動插設(shè)在所述導(dǎo)向孔內(nèi)并與所述預(yù)壓彈簧的上端相連，該豎直支撐軸的上端伸出所述導(dǎo)向孔外。

在所述步驟a中，采用起重機械自下而上安裝所述非限載區(qū)鋼結(jié)構(gòu)。

在所述步驟a中，根據(jù)總體技術(shù)要求，對非限載區(qū)的局部鋼結(jié)構(gòu)采取加固措施。

本發(fā)明的優(yōu)點為：本發(fā)明這種適用于承載力受限的結(jié)構(gòu)上方加蓋大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)項目的施工方法，即保證了既有結(jié)構(gòu)的安全，又能在安全可控、質(zhì)量可靠、進度保證的條件下，順利完成上蓋大跨度結(jié)構(gòu)的施工。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步介紹：

圖1至圖3為本發(fā)明實施例中施工過程演示圖；

圖4為本發(fā)明實施例中彈性支撐系統(tǒng)受到較小支撐軸力時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例中彈性支撐系統(tǒng)受到較大支撐軸力時的結(jié)構(gòu)示意圖，；

圖6為一種恒力支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

各圖的F2、F4、F6表示高程。

其中：1-鋼支撐架，2-液壓千斤頂，3-液壓站，4-PLC控制器，5-人機交互設(shè)備，6-支撐座，7-豎直支撐軸。

具體實施方式

圖1至圖6示出了本發(fā)明這種在承載力受限結(jié)構(gòu)上方加蓋大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工方法的一個具體實施例，其主要包括以下步驟：

步驟a、首先完成非限載區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的施工。

在該步驟a中，最好采用起重機械自下而上安裝所述非限載區(qū)鋼結(jié)構(gòu)，如此完成非限載區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的施工。而且應(yīng)當根據(jù)總體技術(shù)要求，對非限載區(qū)的局部鋼結(jié)構(gòu)采取加固措施。

步驟b、然后在限載區(qū)設(shè)置恒力支撐系統(tǒng)或彈性支撐系統(tǒng)，利用上述步驟a已完成的非限載區(qū)鋼結(jié)構(gòu)以及所述恒力支撐系統(tǒng)或彈性支撐系統(tǒng)，從兩側(cè)往中間(也即從外圍向中部)高空散裝上蓋鋼結(jié)構(gòu)，如圖1。

步驟c、待限載區(qū)的上蓋鋼大跨度結(jié)構(gòu)合攏后，分區(qū)域分階段卸載所述恒力支撐系統(tǒng)或彈性支撐系統(tǒng)，如圖2。

如果還需要在上述合攏后的上蓋鋼大跨度結(jié)構(gòu)上方增加一些鋼結(jié)構(gòu)，那么還需要增加步驟d，該步驟d為：在合攏后的上蓋鋼大跨度結(jié)構(gòu)上方繼續(xù)安裝上層鋼結(jié)構(gòu)，如圖3。

如果不需要在上述合攏后的上蓋鋼大跨度結(jié)構(gòu)上方增加鋼結(jié)構(gòu)，那么步驟d則取消。

上述步驟b可以采用恒力支撐系統(tǒng)，也可以采用彈性支撐系統(tǒng)。其中恒力支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其包括鋼支撐架1，設(shè)于所述鋼支撐架頂部的液壓千斤頂2，與所述液壓千斤頂相連的液壓站3，與所述液壓站相連的PLC控制器4，以及與所述PLC控制器相連的人機交互設(shè)備5，其中人機交互設(shè)備5一般采用計算機(PC)。其中液壓站3、PLC控制器4和人機交互設(shè)備5構(gòu)成用于控制所述液壓千斤頂2的伺服控制系統(tǒng)。

上述這種恒力支撐系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的剛性支撐，其將液壓千斤頂與上述伺服控制系統(tǒng)相結(jié)合，通過計算機參數(shù)化指令確保液壓千斤頂內(nèi)的液壓為某一恒定值。當作用于恒力支撐系統(tǒng)上的軸力小于所述恒定值時，液壓千斤頂?shù)膭偠葻o窮大，基本沒有伸縮量；當作用于恒力支撐系統(tǒng)上的軸力大于所述恒定值時，液壓千斤頂處于保壓狀態(tài)，液壓千斤頂自動回縮，千斤頂向上的支撐力為所述恒定值。

不過，在本實施例的步驟b中，具體采用的是彈性支撐系統(tǒng)而非上述恒力支撐系統(tǒng)。該彈性支撐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示，其主要包括支撐座6、預(yù)壓彈簧(圖中未示出)和豎直支撐軸7。支撐座6的頂部設(shè)置有豎向向下延伸的導(dǎo)向孔。預(yù)壓彈簧豎直安裝于所述導(dǎo)向孔內(nèi)并呈受壓縮短狀態(tài)，而且該預(yù)壓彈簧的上下兩端分別抵靠在所述導(dǎo)向孔內(nèi)的上端部和下端部，即預(yù)壓彈簧被支撐座6的兩個不同部位豎向夾緊。豎直支撐軸7的下端活動插設(shè)在所述導(dǎo)向孔內(nèi)并與所述預(yù)壓彈簧的上端相連，而該豎直支撐軸7的上端伸出導(dǎo)向孔外部。

該彈性支撐系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的剛性支撐系統(tǒng)以及上述的恒力支撐系統(tǒng)，它是一種半剛性的支撐系統(tǒng)，而且不具備上述恒力支撐的伺服控制系統(tǒng)。該彈性支撐系統(tǒng)通過給彈簧設(shè)置預(yù)緊力的方法設(shè)定初始值，當支撐軸力(即豎直支撐軸7所受到的向下的壓力)小于等于前述預(yù)緊力時，該彈性支撐系統(tǒng)的剛度近似無限大，如圖4。當支撐軸力大于預(yù)緊力時，預(yù)壓彈簧產(chǎn)生縮短變形，該彈性支撐系統(tǒng)反力(向上的支撐力)呈緩慢遞增，豎直支撐軸7隨預(yù)壓彈簧的縮短變形而發(fā)生少量的豎向向下位移。達到預(yù)壓彈簧的變形極限值后，彈性支座轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂灾ё?，軸力線性遞增，如圖5。

為了保證施工質(zhì)量和施工安全，上述彈性支撐系統(tǒng)(或恒力支撐系統(tǒng))的布置需主要以下要點：

1、需根據(jù)總體技術(shù)要求，在限載區(qū)布置彈性支撐系統(tǒng)(或恒力支撐系統(tǒng))。

2、彈性支撐系統(tǒng)(或恒力支撐系統(tǒng))下方采用路基箱或鋼箱梁擴散；彈性支撐系統(tǒng)(或恒力支撐系統(tǒng))底部與路基箱或轉(zhuǎn)換鋼箱梁焊接固定，并側(cè)向固定；

3、彈性支撐系統(tǒng)(或恒力支撐系統(tǒng))與限載區(qū)上蓋鋼結(jié)構(gòu)可靠連接固定。

本發(fā)明的這種施工方法，還應(yīng)當注意以下技術(shù)要求：

1、在施工進行之前，先確定非限載區(qū)與限載區(qū)，并采用有限元施工模擬軟件分析施工工況，驗證非限載區(qū)的整體剛度，明確是否采取加固措施。

2、先采用剛性支撐模擬施工工況，確定各支撐軸力值，根據(jù)限載區(qū)允許設(shè)計荷載調(diào)整支撐軸力值，并最終確定彈性支撐(或恒力支撐)的設(shè)計值。

3、分析彈性支撐狀態(tài)(或恒力支撐狀態(tài))結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變以及卸載過程中的支撐軸力，確定是否滿足限載區(qū)間荷載要求。

4、根據(jù)有限元計算軟件分析彈性支撐狀態(tài)(或恒力支撐狀態(tài))結(jié)構(gòu)的變形狀態(tài)，并確定預(yù)變形方案。在限載區(qū)安裝鋼結(jié)構(gòu)時，按照預(yù)變形方案，對結(jié)構(gòu)進行預(yù)變形控制?？刂茦烁邽槔碚摌烁?預(yù)變形值。預(yù)變形取值通過施工模擬分析理論值，取50％變形量。

5、根據(jù)有限元計算軟件分析彈性支撐(或恒力支撐)卸載工況，并確定卸載方案。

臨時支撐分區(qū)分階段卸載要注意以下要點：

1、臨時支撐分區(qū)域分階段卸載，采用有限元施工模擬分析，優(yōu)化對比，確定最優(yōu)卸載方案。

2、同一限載區(qū)采用從兩邊往跨中對稱卸載的方法。

3、同步卸載采用多步循序，直至臨時支撐與結(jié)構(gòu)完全脫開。

4、卸載過程須進行應(yīng)力應(yīng)變的實時監(jiān)控。

當然，上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓人們能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。