河北火车站大跨度雨棚桁架扩建新技术.m

北戴河火车站大跨度雨棚桁架扩建新技术[摘要]：通过津秦客专北戴河火车站既有雨棚改造工程的实践，介绍了雨棚桁架改造的总体思路改造过程中支撑架搭设、雨棚桁架切割及雨棚桁架滑移等各项技术的应用，尤其在设计支撑架时，不仅考虑了常规荷载，而且考虑了支撑架附近的列车经过时的振动影响。[关键词]：临近营业线支撑架搭设雨棚桁架切割雨棚桁架滑移Beidaihelargespanrailwaystationcanopytrussexpansionnewtechnology[Abstract]Throughthetianjinqinguestdesignedbeidaiherailwaystationofthereconstructionprojectpracticebothcanopy，Introducestheoverallthinkingtransformationcanopytrusstransformationprocesssupportingframebuild-up,Canopytrusscuttingandthecanopytrusssliptheuseoftechnology,Especiallyindesignsupportingframe,Notonlyconsiderstheconventionalload,Andconsideredsupportstandsnearthetrainafterthevibrationinfluencewhen.[Keywords]NearYingYeXiansupportingframebuild-upCanopytrusscuttingCanopytrussslip1、工程概况北戴河车站位于秦皇岛市北戴河区北郊。东临戴河，南临205国道，西边接壤抚宁县，北戴河车站改造范围为东西咽喉范围之内，是连接北京与秦皇岛之间的中心枢纽，是重要的交通要道。它是在既有站台雨棚全部拆除后，新建的大跨度钢结构无柱雨棚。北戴河站由新建站房、改扩建站台雨棚及改造延伸进站天桥组成。图1：北戴河火车站效果图新建雨棚新建雨棚站房改建雨棚站房改建雨棚图2：站房与雨棚组成示意图基本站台净宽为10.5米，不满足使用要求，现将基本站台净宽扩大为17.2米。扩建方案：将雨棚桁架从中部截断，南边桁架向南滑移6.7米，再空中对接桁架补空的方法。原桁架跨度为68.6m，扩建后为75.3m。改造后的站台雨棚剖面如下：基本站台由10.5米扩建为17.2米基本站台由10.5米扩建为17.2米图3：桁架立面图2、雨棚主桁架改造的总体思路根据本工程的结构特点及雨棚改造后的立面效果，将主桁架从桁架中部割断。在主桁架下方搭设支撑架，同时在柱脚处布置液压爬行器，将桁架沿站房一侧滑移6.7米。第一次滑移13榀桁架（13条滑移轨道），滑移重量约为1300吨，第一次滑移结束后，再滑移对称的13榀桁架，滑移重量约为1300吨，合计滑移总重量约为2600吨，滑移分区如图4所示：滑移分区二滑移分区一滑移分区二滑移分区一站房站房图4：滑移分区示意图3、雨棚主桁架改造过程中的各项技术3.1支撑架搭设技术由于支撑架搭设时临近营业线，不但要考虑支撑架上部的恒载、桁架滑移过程中对支撑架的影响、支撑架对基础的影响，而且更要考虑虑风荷载、动车300km/h的风压、列车经过的振动及施工荷载等。支撑架立柱为Φ377×16钢管（直缝焊管），直腹杆及斜腹杆均采用Φ180×12钢管（直缝焊管），杆件材质均采用Q235B，设计强度f=215N/mm²。根据支撑架现场布置情况，对各支撑架在施工过程中最大支座反力和支撑架高度进行统计。支撑架规格尺寸为2m×3.5m，每节高度为2m，具体结构形式如图5所示：纵向桁架腹杆Φ168×10纵向桁架腹杆Φ168×10纵向桁架弦杆Φ273×16腹杆Φ180×12弦杆Φ377×16图5：支撑架三维示意图荷载取值及荷载工况①恒载临时支撑架所承受荷载包括有上部桁架传来的竖向集中力、支撑架自重、风荷载、地震作用及施工过程中可能发生的支座沉降等；由于安装过程存在诸多不可预见的不利因素，需对主要的荷载进行工况组合。取最不利情况进行计算分析。首先建立计算模型，提取施工过程中,支撑架切割后未开始滑移前的状态下，屋盖对支撑架的作用力。计算时考虑结构自重乘数1.0，屋面恒载0.8KN/㎡。②活荷载计算支撑架时，需考虑支撑架顶端3.5KN/㎡的施工活荷载。③风荷载根据设计说明，基本风压取0.45kN/m2。风荷载包括直接作用在支撑架上，根据《高耸结构设计规范》GBJ135-2004第条有：风荷载：。KN/考虑风荷载作用在立柱上，取放大系数为1.1，则线荷载为：2.73×1.1×0.377=1.13KN/。④列车驶过的气动力产生的水平风荷载由于本工程施工过程中，邻近轨道仍然正常使用，故需考虑列车以300km/h经过时的风压。根据《新建时速300~350公里客运专线铁路设计暂行规定》（铁建设【2007】47号）文件的相关规定，对列车经过产生的风压计算如下：驶过列车产生气动压力和气动吸力，由于气动吸力与支撑架所受剪力方向相反，对计算支撑架有利，故不考虑气动吸力，仅考虑气动压力作用。根据相关规定，水平气动压力作用在轨道顶之上的最大高度为5m，且有无站台雨棚的存在，需考虑乘以1.5的阻挡系数。查表可得，时速350KN的驶过列车中心线距构件边缘距离为5米，则产生的水平气动压力为0.72KN/㎡，则计算基本风压为：根据支撑架的几何特征，可计算5m高度以下的支撑架立杆挡风宽度为：则驶过列车对支撑架立柱产生的风荷载为：q=0.595*1.08*1*1=0.642KN/m⑤地震作用鉴于本工程为铁路站房，改造过程中，仍要保证正常运营，故其安全性非常重要，需要考虑地震作用的影响。根据相关设计资料，抗震设计的设计参数为：抗震设防烈度7度、设计基本地震加速度0.10g,地震分组第二组，场地类别Ⅱ类。⑥支座沉降的影响本工程原结构已投入使用三年，可认为轨道基础、站台基础的地基沉降已趋于稳定，在施工过程中不会发生大的变化。计算时偏安全考虑，取较不利位置支撑架支座发生30mm的基础沉降，进行计算。⑦列车驶过的振动作用由于列车驶过的振动作用为低频振动，其频率与支撑系统和钢雨棚基本周期差别较大，不会发生共振现象，故本计算中不考虑列车驶过的振动作用。计算时考虑加大荷载作用、设置较为保守的安全富余度，来保证支撑系统和钢结构屋盖在施工过程中的安全性。计算时，考虑以下荷载组合：①1.35D+0.98L②1.2D+1.4L③1.2D+1.4L+0.84W④1.2D+0.98L+1.4W⑤1.2D+1.4Δ⑥1.2（D+0.5L）±1.3Eh⑦1.0D+1.4L⑧1.0D+1.4L+0.84W⑨1.0D+0.98L+1.4W⑩1.0（D+0.5L）±1.3Eh其中，D代表恒载，L代表活荷载，W代表风荷载（包括风荷载和驶过列车气动力产生的风荷载），Eh代表水平地震作用，Δ代表支座沉降作用。根据上述分析，下面对桁架滑移过程中的各个阶段支撑架的受力变化分别进行计算。①雨棚主桁架切割后未开始滑移前支撑架的受力情况：315KN404KN首先考虑钢雨棚切割后，未开时滑移的状态，其恒载作用如图6所示。雨棚主桁架切割后，未开始滑移状态下，滑移支座作用在中间支撑架，靠近左侧柱肢的位置。计算结果如图7、图8及图9所示。315KN404KN图7：标准组合下X方向位移等值线图（最大位移7.3mm）180KN20.2KN图7：标准组合下X方向位移等值线图（最大位移7.3mm）180KN20.2KN图6：支撑架受上部恒载示意图图8：标准组合下Y方向位移等值线图（最大位移1.95mm）图8：标准组合下Y方向位移等值线图（最大位移1.95mm）图9：标准组合下Z方向位移等值线图（最大位移7.5mm）由上述结果可见，该状态下支撑架系统的变形值较小，支撑系统变形满足相关规范的要求，也满足施工精度的需要。下面输出支撑系统的应力及应力比情况，如图10及图11所示。图11：支撑系统杆件应力比柱状图图11：支撑系统杆件应力比柱状图图10：支撑系统应力比图（最大应力比为0.7）由上述结果可见，支撑系统最大应力比为0.7<<1.0（极限状态），故该支撑架系统的设计安全可靠，切实可行，可以满足本项目施工的需要。②雨棚主桁架滑移6.7米后状态：315KN404KN雨棚主桁架滑移6.7米后，结构自重作用对滑移轨道梁的竖向力产生的弯矩最大，该状态下，滑移轨道梁受力最大，其恒载作用如图12所示。钢雨棚切割滑移结束后，滑移支座用在左侧两组支撑架中间位置，计算结果如图13、图14及图15所示。315KN404KN图13：标准组合下X方向位移等值线图（最大位移5.33mm）180KN20.2KN图13：标准组合下X方向位移等值线图（最大位移5.33mm）180KN20.2KN图12：钢雨棚滑移6.7米后恒载示意图图15：标准组合下Z方向位移等值线图（最大位移7.7mm）图15：标准组合下Z方向位移等值线图（最大位移7.7mm）图14：标准组合下Y方向位移等值线图（最大位移1.51mm）由上述结果可见，该状态下支撑架系统的变形值较小，支撑系统变形满足相关规范的要求，也满足施工精度的需要。下面输出支撑系统的应力及应力比情况，如图16及图17所示。图17：支撑系统杆件应力比柱状图图16：支撑系统应力比图图17：支撑系统杆件应力比柱状图（最大应力比为0.679）由上述结果可见，支撑系统最大应力比为0.679<<1.0（极限状态），故该支撑架系统的设计安全可靠，切实可行，可以满足本项目施工的需要。③施工过程分析的结论由上述计算分析可见，在滑移施工过程中，支撑架系统的变形较小，各方向变形均小于8mm，刚度方面满足施工要求。在各施工状态中，支撑系统杆件应力比最大为0.7，杆件强度也满足相关要求。故以上计算分析表明，本支撑架系统的设计安全可靠，切实可行，可以满足本项目施工的需要。3.2雨棚主桁架切割技术由于原结构已经运行了5年，桁架杆件内部存在着复杂的内应力，桁架在切割过程中，其结构内力的分布发生调整，根据内力的变化规律选择最合适的切割顺序，这样能减少桁架内力的突然释放而产生的一系列问题。桁架的切割顺序如图18所示：②②③④①④①图18：主桁架切割顺序示意图主桁架切割步骤：第1步：跨中桁架顶升30mm；第2步：切割外侧柱脚弦杆及柱脚腹杆；第3步：切割跨中上弦杆及腹杆；第4步：切割跨中下弦杆（两根）；第5步：切割内侧柱脚弦杆（两根）。3.3雨棚主桁架滑移技术采用液压顶推滑移钢桁架结构，需设置专用的滑移轨道，待滑移构件（或滑靴）坐落于滑移轨道上，通过安装在构件上的滑移设备顶推滑移构件，沿轨道由初始拼装位置滑移至设计位置就位。滑移轨道的作用是承受桁架结构滑移过程中的竖向荷载，并为爬行器提供反力点，在滑移方向上提供顺畅的通道。根据本工程的结构特点，每个滑移单元共有13榀主桁架，在每榀主桁架下方设置1条滑移轨道。滑移轨道采用43KG/m钢轨，用以提供爬行器的夹持反力点，轨道在整个水平滑移中起承重导向和径向限制构件水平位移的作用。每条轨道的上表面及两侧面必须打磨光滑、平整，不允许有棱角或凹凸不平。标高偏差控制在5mm以内（12米长轨道）。轨道水平偏差控制在3mm之内（12米长轨道）。滑移前轨道上表面涂抹黄油。在轨道梁上应间隔800mm布置轨道卡板，使轨道与钢梁相连接3.3.1滑移过程中的同步性控制由于本工程屋盖滑移时的轨道较多（共有13条），滑移过程中如何确保每条轨道滑移的同步性是本工程现场施工需重点控制的内容。液压滑移同步控制应满足以下要求：尽量保证各台液压爬行器均匀受载；保证各个滑移点保持同步；采用计算机同步控制液压同步滑移施工技术采用计算机控制，通过数据反馈和控制指令传递，可全自动实现同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。现场共布置4台泵源，每台泵源控制3-4个爬行器，4台泵源又通过数据线与1台计算机连接，所有指令都通过计算机下达，能做到每台爬行器工作时的同步性，如图19所示。液压泵源系统计算机控制系统液压爬行器液压泵源系统计算机控制系统液压爬行器图19：现场同步控制系统布置示意图同时，为了确保每榀桁架滑移的同步性，在每榀滑移桁架的下方设置标尺，且安排一名工人进行监督，发现异常马上报告，如图20所示：标尺标尺图20：现场滑移标尺为了确保滑移过程中结构的安全，滑移前在MADIS计算软件中进行模拟分析，如图21、图22、图23和图24所示：图21：同步滑移变形值（最大32mm)图22：同步滑移应力比（最大0.175)图23：不同步滑移变形值（最大50mm)图24：不同步滑移应力比（最大0.891)结论：经过分析，桁架同步滑移时，其变形及应力比均较小，滑移过程结构安全可靠。桁架不同步滑移时，对结构的影响最大，不同步滑移最大值不能超过50mm，现场施工时，应严格控制桁架滑移的同步性。3.3.2滑移过程中的应急预案雨棚主桁架滑移过程中，下方既有线仍在运行，如何确保既有线安全通行，是雨棚滑移方案需要重点关注的内容。针对本工程的重要性，我们在雨棚正式滑移前，采用试推、监控等各种预案。3.3.2.1采用试推在滑移各项准备工作就绪后，准备在12：58开始试滑移，试滑移距离为10cm，桁架滑动后，摩擦力将由静摩擦力变为动摩擦力，故试滑移采用分级加载方式进行。待液压同步滑移系统设备及桁架滑移设施检测无误后上报现场指挥长，现场指挥长下达滑移命令后开始试滑移。经计算，确定液压爬行器所需的伸缸压力（考虑压力损失）和缩缸压力。推力最大为15T，靠微机的自身调整，保证每条轨道上的线速度一样。开始试滑移时，液压爬行器伸缸压力逐渐上调，依次为所需压力的20%，40%，在一切都正常的情况下，可继续加载到60%，80%，90%，100%。3.3.2.2采用监控检查上部滑移距离与下部滑移距离是否一致，在上部滑移距离与下部距离做好刻度线，随时做好监控，保障滑移距离的同步性。“液压同步滑移技术”采用液压爬行器作为滑移驱动设备。液压爬行器为组合式结构，一端以楔型夹块与滑移轨道连接，另一端以铰接点形式与滑移胎架或构件连接，中间利用液压油缸驱动爬行。液压爬行器的楔型夹块具有单向自锁作用。当油缸伸出时，夹块工作（夹紧），自动锁紧滑移轨道；油缸缩回时，夹块不工作（松开），与油缸同方向移动。每个行程为30cm，每个行程后进行一次检查，检查各条轨道是否卡轨、各条轨道滑移是否同步性？滑移的速度是2.5米/小时（41mm/分钟），整个滑移工作约4小时能滑移完毕。滑移当天温度-2℃、晴、微风，适合滑移工作。3.3.2.3预案措施滑移过程中的预案措施包括滑移上下偏差的调整和左右偏差的调整。根据理论分析，上下偏差最大值50mm，在现场实际施工过程中，为了确保施工质量，将偏差值控制在20mm以内，上下偏差调整主要包括：在上下滑动距离位移差超过10mm时进行重点检控，在上下滑动距离位移差超过10mm时且位移差呈扩大趋势情况下，且位移差不得超过20mm，停止滑移。如滑移过程中柱脚与顶部跟随点沿滑移方向的位移差超过20mm，拟在一侧放置千斤顶进行微调，如图25和图26所示：做好刻度线做好刻度线做好刻度线做好刻度线图25爬行器布置示意图图26跟随点后方设置千斤顶进行纠偏处理左右偏差主要包括：轨道两边限位卡板的间隙为8mm，如滑移过程中一侧间隙小于3mm，马上采取纠偏措施，即在一侧设置千斤顶，通过千斤顶微调达到纠偏目的，如图27和图28所示：图27：滑移轨道