谈大型钢结构整体液压同步顶推平移技术

摘要：20 世纪90 年代以来，建筑技术发展方兴未艾，新技术、新工艺、新材料层出不穷，结合某地机场楼新航站楼钢结构安装工程，介绍计算 机控制的大型钢结构整体顶推平移技术的原理、工艺、技术创新及应用效益。 

关键词：液压,顶退,平移技术,施工工艺,技术创新,顶推技术

1 桥梁顶推设备 

承担钢结构桥梁顶推平移的是计算机控制液压同步顶推设备。该设备采用机电- 体化设计，由液压系统和控制系统组成。控制系统包括计算机控 制和电气控制两部分。电气控制电路主要是液压 驱动电路和传感检测电路。计算机控制则是整个 系统的核心，其主要功能是桥梁顶推控制、操作控制和 安全控制。桥梁顶推控制的功能，首先是控制液压千斤顶集 群的同步作业，简称集群控制，包括行程控制、时序控制和启停控制；其次是控制桥梁顶推施工中可能 发生的各项偏差，简称偏差控制，主要是位移偏差 控制、负载偏差控制、行程匹配控制和定位精度控制。 操作控制的功能，主要是桥梁顶推操作、运行监控、参数设置、调整修正等。 安全控制的功能，主要是故障的检测与处理、防止误操作措施、抗干扰措施、备份和备用设 施，以及对所有桥梁顶推点的监测等。 

2 桥梁顶推施工工艺 

采用跨端组合，累积平移；计算机控制液压同步桥梁顶推；即在主楼跨端的适当位置设置平拼胎 架和立拼胎架，在平拼胎架上形成主桁架的较大 分段(80t 左右)，做好桁架预拼，然后用起重机在立 拼胎架上进行主桁架组及钢柱安装。完成后将单 榀主桁架之间的次桁架和檩条，使2 榀主桁架连 成整体结构，将其平移1 个柱距（45m）。接着再安 装第3 榀主桁架与柱，与前2 榀累积组合成更大 的结构，最后平移45m。第4 榀主桁架与柱拼装 后，与前3 榀架累积形成5000t 的完整结构，最后 平移45m，补上跨端的其他构件，完成整个钢结构 的安装。 本过程设置3 条滑道、12 个顶退点，施工平 面布置如图1 所示。 

3 技术创新和技术改进 

3.1 大体积、大重量、高重心的空间钢结构的 矩阵式顶退平移特大型钢结构桥梁顶推平移技术是钢 结构整体安装施工技术的新发展。与其他钢结构 或建筑物移位技术相比较，具有以下不同点：

3.1.1 以桥梁顶推法取代牵引法进行钢结构平移施工。已往 的钢结构整体平移都采用穿心式千斤顶卧置，通 过数百米的钢绞线来牵引钢结构。由于钢绞线与 结构是柔性连接，施工中难以阻止结构振动。桥梁顶推 法将柔性连接改为千斤顶通过顶推架与结构的刚 性连接，可以将振动碱少到最低限度。3.1.2 以矩阵 式布点取代直钱式布点进行平移施工。其他钢结 构或建筑物移位都是直线式布置顶推点或牵引 点。直线式布点的施工负载集中在横向一条线上， 本工程控3*4 矩阵形式，将12 个桥梁顶推点设置在钢 柱脚底部，使施工动载与结构静载的分布一致或 接近，因此，更为均衡合理，有利于平移过程中结 构内力、变形的控制。但要克服多点群体效应，控 制难度大，技术含量高。

3.1.3 与建筑物移位中的顶 推法施工相比，本工程中直接受推的对象是大体 量、大重量、高重心的空间钢结构，而不是专为移 位制作的刚性托盘或托架，施工中的结构稳定、应 力控制和变形控制的要求更高，难度也更大。 3.2 施工阶段的多工况结构分析。对5000t 的 钢结构进行整体平移，没有现成的经验可供参考。 在桥梁顶推平移的各种工况条件下，结构的内力、变形 和支座反力如何变化，第1 榀主桁架单榀滑移时 是否稳定，所采取的临时加强措施是否有效，这些 都是关系到结构安全和施工质量的关键问题，也 是论证技术路线、确定桥梁顶推工艺的主要依据之一。 因此，根据相应规范，应用计算机对施工阶 段的结构进行了计算分析，得出各种工况下内力、 变形分布图，按强度计算的最大内力，按平面稳定 计算的最大内力、景大变形，以及单榀滑移时的整 体稳定性，增加稳定措施后的内力和变形分布等。 计算分析的结果验证了桥梁顶推滑移的结构稳定性和 安全性，以及结构加强措施的合理性和有效性。通 过计算，还得出各种工况下支座反力，包括垂直反 力、水平反力、摩擦力，以及液压千斤顶压力，从而 确定了施工阶段各桥梁顶推点的额定负载，为计算机 控制系统进行动态负载控制提供了明确具体的依 据。 

3.3 三向承力的街道及滑道梁设计。本工程在 顶椎平移过程中，柱底竖向反力最大达2500kN， 如果滑道梁发生变形沉降，不仅会使结构产生附 加应力，而且会大大增加顶推阻力，影响工程顺利 实施。在确定平移方案前，对现场的地基条件进行 调查和了解，测试了地基极限承载力。决定滑道梁 采用垫梁形式，将集中荷载扩散至600kN／m2 左 右，较经济地解决了竖向荷载的承载问题。 由于钢柱是倾斜的，使柱底产生水平反力。 经计算，每个柱脚处的水平反力约200kN左右。在 设计支撑座(滑块)与槽钢滑道时考虑侧向接触，以 抵抗水平荷载。水平荷载通过滑道传递至滑道梁， 故滑道梁采用埋人方式，嵌在泥岩地基中。 滑道梁还承受桥梁顶推时的纵向桥梁顶推力。由于顶 推时12 组千斤顶同时作业，将总桥梁顶推力分解至12 个不同部位，每个千斤顶顶推力小于1000kN，我 们在滑道梁上设立了方钢管反力座插孔，并设置 了抗剪埋件来传递纵向桥梁顶推力。 

3.4 减摩技术与减摩材料选择。桥梁顶推滑移中 如采用滚动摩擦，桥梁顶推摩擦阻力较小，但是滚动支 座难以承载各项推点2500kN的竖向荷载，也难以 处理侧向荷载，因此采用滑动摩擦副来设计支撑 座(滑块)和滑道。 经过近半年的各种减摩材料选择比较和带 载往复顶推试验，最终选用一种新型减摩材料和 不锈钢板、镀锌钢板配合，构成摩擦副。其设计压 强≤2kN／cm2，在润滑良好时，静摩擦系数为 0.07，动摩擦系数为0.05，与滚动摩擦相当。而且该 材料的磨损率和时效蠕变小，能够很好地满足顶 推滑移的施工要求。与此同时，在滑块上又设置了 自动加油润滑装置，以进一步减小桥梁顶推阻力。 在施工全过程中，桥梁顶推摩擦阻力始终小于 0.1，减摩板保持完好，因此减摩材料的选用和滑动 摩擦副的设计是成功的。 3.5 模拟加载试验技术。研究开发液压桥梁顶推技术和设备时，为了验证技术的正确性、合理性以及 设备的可靠性、安全性，需要进行模拟试验。试验 的主要内容包括工艺流程、负载特性等。前者一般 容易试验，后者因为试验负载难以达到几千吨的 实际负载，因此试验结果与实际工况差距较大。为 解决这一问题，研究开发了应用液压千斤顶加载 的模拟加载试验技术和装置，试验负载与实际负 载很接近，较好地测试了顶推设备负载特性，取得 很好效果。同时也为今后提高模拟试验质量，降低 模拟试验成本做了有益的探索。 

3.6 桥梁顶推平移的计算机控制技术。针对矩阵式 桥梁顶推平移的多点群体效应和动态效应，创新开发 了同步承载起推枝术，钢结构姿态分析和控制技 术、多点同时一步到位和精确定位技术，以及液压 惯性的检测修正技术等，并且研制了更适于建筑 施工现场的低成本、中精度，高可靠的位移传感 器，既满足丁整体桥梁顶推平移的控制要求，又使钢结 构整体安装的计算机控制技术有了进- 步的提高 和发展。 工程实例： 重庆江北国际机场航站楼主楼长171m，跨 距90m，其钢结构屋盖由4 榀主桁架、36 榀次桁架 和若干悬挑梁组成，通过8 组巨型组合钢柱支撑 在移山填平的泥岩之上， 形成一个 171m*117m*180m 的大空间。主楼钢结构逾 5000t。钢结构桥梁顶推平移4 次，每次顶椎距离45m， 累计桥梁顶推180m。 经反复研究分析，决定应用特大型钢结构整体桥梁顶推平移技术，完成航站楼钢结构安装。 

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