在承载力受限结构上方加盖大跨度钢结构的施工方法与流程

本发明属于大跨度钢结构施工技术领域，具体涉及一种在承载力受限结构上方加盖大跨度钢结构的施工方法。主要适用于在已施工完成的结构上方加盖大跨度空间钢结构，往往此类结构已营运，为确保结构正常运营和安全，结构上方承载力受限，需采用的特殊施工方法。

背景技术：

大跨度空间钢结构的施工，常规采用高空散装法、分块分条法施工，这些施工方法均要采用刚性临时支撑系统，确保结构施工过程中的整体稳定和安装精度。由于大跨度空间钢结构自重荷载很大，刚性临时支撑系统支撑轴力偏大，且卸载过程中，支撑轴力会进一步增大，轴力值不可控，更无法满足既有结构承载力受限的要求，存在很大的施工风险。大跨度空间钢结构施工，亦采用高空悬拼散装的施工方法，这种施工方法采用无支撑施工，利用结构自身刚度，从两边往跨中悬臂施工。该方法对既有结构无附加荷载值，但施工进度缓慢，预变形控制难度大，安装精度难以保证，施工安全控制难，也存在很大的施工风险。

技术实现要素：

本发明的目的是：在总结了大跨度空间钢结构常规施工工艺在此类特殊施工环境下的弊端，而提出一种行之有效的在承载力受限结构上方加盖大跨度钢结构的施工方法，既满足既有结构的荷载限制，又满足大跨度空间钢结构采用支撑形式，确保安全、质量、工期，出色地完成施工任务。

本发明的技术方案是：一种在承载力受限结构上方加盖大跨度钢结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤a、首先完成非限载区钢结构的施工；

步骤b、然后在限载区设置恒力支撑系统或弹性支撑系统，利用已完成的非限载区钢结构以及所述恒力支撑系统或弹性支撑系统，从两侧往中间高空散装上盖钢结构；

步骤c、待限载区的上盖钢大跨度结构合拢后，分区域分阶段卸载所述恒力支撑系统或弹性支撑系统。

本发明在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

还包括步骤d：在合拢后的上盖钢大跨度结构上方继续安装上层钢结构。

所述恒力支撑系统包括：

钢支撑架；

设于所述钢支撑架顶部的液压千斤顶；

与所述液压千斤顶相连的液压站；

与所述液压站相连的PLC控制器；以及

与所述PLC控制器相连的人机交互设备。

所述人机交互设备为计算机。

所述弹性支撑系统包括：

支撑座，该支撑座的顶部设置有竖向向下延伸的导向孔；

预压弹簧，其竖直安装于所述导向孔内并呈受压缩短状态，而且该预压弹簧的上下两端分别抵靠在所述导向孔内的上端部和下端部；以及

竖直支撑轴，该竖直支撑轴的下端活动插设在所述导向孔内并与所述预压弹簧的上端相连，该竖直支撑轴的上端伸出所述导向孔外。

在所述步骤a中，采用起重机械自下而上安装所述非限载区钢结构。

在所述步骤a中，根据总体技术要求，对非限载区的局部钢结构采取加固措施。

本发明的优点为：本发明这种适用于承载力受限的结构上方加盖大跨度空间钢结构项目的施工方法，即保证了既有结构的安全，又能在安全可控、质量可靠、进度保证的条件下，顺利完成上盖大跨度结构的施工。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍：

图1至图3为本发明实施例中施工过程演示图；

图4为本发明实施例中弹性支撑系统受到较小支撑轴力时的结构示意图；

图5为本发明实施例中弹性支撑系统受到较大支撑轴力时的结构示意图，；

图6为一种恒力支撑系统的结构示意图；

各图的F2、F4、F6表示高程。

其中：1-钢支撑架，2-液压千斤顶，3-液压站，4-PLC控制器，5-人机交互设备，6-支撑座，7-竖直支撑轴。

具体实施方式

图1至图6示出了本发明这种在承载力受限结构上方加盖大跨度钢结构的施工方法的一个具体实施例，其主要包括以下步骤：

步骤a、首先完成非限载区钢结构的施工。

在该步骤a中，最好采用起重机械自下而上安装所述非限载区钢结构，如此完成非限载区钢结构的施工。而且应当根据总体技术要求，对非限载区的局部钢结构采取加固措施。

步骤b、然后在限载区设置恒力支撑系统或弹性支撑系统，利用上述步骤a已完成的非限载区钢结构以及所述恒力支撑系统或弹性支撑系统，从两侧往中间(也即从外围向中部)高空散装上盖钢结构，如图1。

步骤c、待限载区的上盖钢大跨度结构合拢后，分区域分阶段卸载所述恒力支撑系统或弹性支撑系统，如图2。

如果还需要在上述合拢后的上盖钢大跨度结构上方增加一些钢结构，那么还需要增加步骤d，该步骤d为：在合拢后的上盖钢大跨度结构上方继续安装上层钢结构，如图3。

如果不需要在上述合拢后的上盖钢大跨度结构上方增加钢结构，那么步骤d则取消。

上述步骤b可以采用恒力支撑系统，也可以采用弹性支撑系统。其中恒力支撑系统的结构如图6所示，其包括钢支撑架1，设于所述钢支撑架顶部的液压千斤顶2，与所述液压千斤顶相连的液压站3，与所述液压站相连的PLC控制器4，以及与所述PLC控制器相连的人机交互设备5，其中人机交互设备5一般采用计算机(PC)。其中液压站3、PLC控制器4和人机交互设备5构成用于控制所述液压千斤顶2的伺服控制系统。

上述这种恒力支撑系统区别于传统的刚性支撑，其将液压千斤顶与上述伺服控制系统相结合，通过计算机参数化指令确保液压千斤顶内的液压为某一恒定值。当作用于恒力支撑系统上的轴力小于所述恒定值时，液压千斤顶的刚度无穷大，基本没有伸缩量；当作用于恒力支撑系统上的轴力大于所述恒定值时，液压千斤顶处于保压状态，液压千斤顶自动回缩，千斤顶向上的支撑力为所述恒定值。

不过，在本实施例的步骤b中，具体采用的是弹性支撑系统而非上述恒力支撑系统。该弹性支撑系统的结构如图4和图5所示，其主要包括支撑座6、预压弹簧(图中未示出)和竖直支撑轴7。支撑座6的顶部设置有竖向向下延伸的导向孔。预压弹簧竖直安装于所述导向孔内并呈受压缩短状态，而且该预压弹簧的上下两端分别抵靠在所述导向孔内的上端部和下端部，即预压弹簧被支撑座6的两个不同部位竖向夹紧。竖直支撑轴7的下端活动插设在所述导向孔内并与所述预压弹簧的上端相连，而该竖直支撑轴7的上端伸出导向孔外部。

该弹性支撑系统区别于传统的刚性支撑系统以及上述的恒力支撑系统，它是一种半刚性的支撑系统，而且不具备上述恒力支撑的伺服控制系统。该弹性支撑系统通过给弹簧设置预紧力的方法设定初始值，当支撑轴力(即竖直支撑轴7所受到的向下的压力)小于等于前述预紧力时，该弹性支撑系统的刚度近似无限大，如图4。当支撑轴力大于预紧力时，预压弹簧产生缩短变形，该弹性支撑系统反力(向上的支撑力)呈缓慢递增，竖直支撑轴7随预压弹簧的缩短变形而发生少量的竖向向下位移。达到预压弹簧的变形极限值后，弹性支座转变为刚性支座，轴力线性递增，如图5。

为了保证施工质量和施工安全，上述弹性支撑系统(或恒力支撑系统)的布置需主要以下要点：

1、需根据总体技术要求，在限载区布置弹性支撑系统(或恒力支撑系统)。

2、弹性支撑系统(或恒力支撑系统)下方采用路基箱或钢箱梁扩散；弹性支撑系统(或恒力支撑系统)底部与路基箱或转换钢箱梁焊接固定，并侧向固定；

3、弹性支撑系统(或恒力支撑系统)与限载区上盖钢结构可靠连接固定。

本发明的这种施工方法，还应当注意以下技术要求：

1、在施工进行之前，先确定非限载区与限载区，并采用有限元施工模拟软件分析施工工况，验证非限载区的整体刚度，明确是否采取加固措施。

2、先采用刚性支撑模拟施工工况，确定各支撑轴力值，根据限载区允许设计荷载调整支撑轴力值，并最终确定弹性支撑(或恒力支撑)的设计值。

3、分析弹性支撑状态(或恒力支撑状态)结构的应力应变以及卸载过程中的支撑轴力，确定是否满足限载区间荷载要求。

4、根据有限元计算软件分析弹性支撑状态(或恒力支撑状态)结构的变形状态，并确定预变形方案。在限载区安装钢结构时，按照预变形方案，对结构进行预变形控制。控制标高为理论标高+预变形值。预变形取值通过施工模拟分析理论值，取50％变形量。

5、根据有限元计算软件分析弹性支撑(或恒力支撑)卸载工况，并确定卸载方案。

临时支撑分区分阶段卸载要注意以下要点：

1、临时支撑分区域分阶段卸载，采用有限元施工模拟分析，优化对比，确定最优卸载方案。

2、同一限载区采用从两边往跨中对称卸载的方法。

3、同步卸载采用多步循序，直至临时支撑与结构完全脱开。

4、卸载过程须进行应力应变的实时监控。

当然，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。