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1、大跨度钢结构临时支撑塔架沙漏卸载施工工法1.前言临时支撑塔架作为大跨度钢结构分段、分块吊装法中必须设置的临时支撑措施，在钢结构安装焊接完毕后，其卸载过程一直是大跨度钢结构施工中的重点与难点。大跨度钢结构临时支撑塔架的卸载过程既是拆除支撑塔架的过程，又是结构体系逐步转换过程，卸载过程中，结构本身的杆件内力和临时支撑的受力均会产生变化。卸载时，既要确保安全、方便施工，又不能改变设计意图，对构件的力学性能产生较大的影响。上海宝冶集团有限公司在总结以往大跨度钢结构施工经验的基础上，通过研发和技术创新，编制了一整套大跨度钢结构临时支撑系统沙漏卸载施工方案，并在此基础上形成了本工法。本工法简便易行、经济实
2、用、安全平稳，具有良好的社会、经济效益和广阔的推广应用前景，可推广应用于大跨度钢结构临时支撑系统的卸载施工。2.工法特点本工法在国内传统现有气割卸载工艺和千斤顶卸载工艺的基础上提出，比传统气割卸载工艺安全平稳，技术含量高。与千斤顶卸载工艺相比，简便易行，且经济实用，应用范围更广。本工法主要特点如下：1、 在安装阶段，沙漏已安装就位并开始发挥作用，可针对钢结构安装分段竖向标高进行微调，提高高空对接安装的精度。2、 沙漏卸载时的出沙速度和出沙量易于控制，各卸载点可严格按照等比例卸载原则确定的分级卸载量进行卸载。3、 卸载过程中无需动火，且操作简便，卸载速度也可根据现场实际情况进行调整，卸载过程安全
3、平稳。4、 由于卸载时塔架与结构本身的连接方式和安装时一样，故当卸载过程中遇到不利天气时，可随时停止卸载且无需采取额外的措施。3.适用范围本工法适用于所有大跨度钢结构临时支撑塔架的卸载施工。4.工艺原理根据大跨度钢结构临时支撑塔架的布置及结构本身与支撑塔架的受力分析，结合现场实际资源情况，如人力、工器具及设备资源，将支撑塔架划分为若干个区，各区按步骤、分级、循环卸载。卸载的分级大小和卸载顺序根据结构计算和工况分析得出的结果进行，先小后大，按多次循环、反力控制与位移控制相结合的原则，通过安装过程中预先设置于支撑塔架上部支座节点下方的可调节支撑装置沙漏（如图4-1所示），实现荷载的平稳转移。为保证
4、结构体系可靠、稳步形成。卸载前，通过卸载仿真模拟分析，得出各支撑点的最终卸载量、结构的最大下挠值及各支撑点的分级卸载量，然后再将每一级细化为若干次级。卸载操作过程中，先进行次级卸载，待各卸载点全部完成一个次级卸载量后进行下一次级卸载，逐步累积为一个分级卸载量，然后逐一完成每级卸载，最终使支撑体系的受力为零。为控制分级卸载的同步性与稳定性，保证卸载时相邻支撑塔架的受力不会产生过大的变化以及结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑塔架内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象，卸载前中后对结构下挠值及杆件的应力值进行监测，确保实际值始终在设计要求范围内。图4-1 卸载沙漏示意图5.施工工艺
5、流程及操作要点5.1 工艺流程图5.1-1 工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工方案编制 1、确定卸载原则卸载过程，即为结构体系逐步转换形成过程，卸载时结构本身的杆件内力和临时支撑的受力均会产生变化，必须保证这个转换过程的安全可靠、平稳有序，在实施过程中遵循以下原则：（1）确保结构自身安全和变形协调；（2）确保支撑塔架的安全；（3）以理论计算为依据、以变形控制为核心、以测量监测为手段、以安全平稳为目标。2、进行卸载仿真模拟分析，确定卸载总体方案（1）根据设计意图和卸载前结构所处的状态，结合支撑塔架的布置情况，建立整体计算分析模型，进行施工工况分析。通过分析，得出卸载前各支撑塔架的初始支撑反力
6、（顶部反力与底部反力）及卸载后各支撑点的最大卸载值，为卸载总体思路（卸载分区、卸载分级、卸载步骤等）的确定提供理论计算依据。为确保工况分析的准确性，整体计算模型的荷载取值及边界约束条件的选取必须符合规范要求与现场实际情况，同时应将临时支撑系统建入结构模型以形成整体计算分析模型。卸载时，塔架顶部采用只压单元。卸载过程初始状态为支撑塔架完全支撑状态，卸载过程最终状态则为支撑塔架全部脱空、结构体系自承力状态。（2）确定卸载总体方案。支撑塔架卸载过程中，相邻支撑塔架会相互影响，不宜采用逐个拆除方式进行卸载，理论上对支撑塔架受力和结构体系转换与传力最有利是采用整体分级同步卸载的方式，但考虑到大跨度钢结构
7、工程中使用的临时支撑塔架数量一般较大，分布范围较广，整体同步控制难度较大，且受资源条件限制和出于经济性考虑，一般宜采用分区、分级同步卸载方案。根据前面的支撑塔架反力与卸载值计算分析结果，结合结构特点及现场实际情况，确定初步的分区方案、分级大小及卸载顺序，然后进行卸载仿真模拟分析，通过多次试算分析确定最终拟采用的分区方案、分级大小及卸载步骤，即以变形量控制分级大小、以支撑塔架的内力变化控制卸载先后顺序，以保证卸载时相邻支撑塔架的受力不会产生过大的变化，同时保证结构体系的杆件内力不超出规定的容许应力，避免支撑塔架内力或结构体系的杆件内力过大而出现破坏现象。经仿真模拟计算拟定的卸载方案，100%卸载
8、后结构最大位移值应满足设计单位相关要求。3、确定卸载工艺，即根据结构特点和现场实际情况确定卸载实施的仪器设备与操作方法，并编制详细的作业指导书。卸载工艺既要安全可靠，又要便于实施。4、明确卸载监测点、监测内容、监测手段及监测时机。卸载监测以变形监测为主，应力监测为辅，确保卸载过程安全受控。5、制订卸载安全技术措施及应急预案。安全技术措施主要考虑：同步控制措施；卸载操作人员的垂直通道、水平通道及操作平台；安全警戒线与专职巡视人员；临时支撑塔架的防倾倒措施；卸载操作人员与设备的高空坠落措施等。5.2.2卸载准备 1、建立卸载工作组织机构为确保卸载工作顺利进行，保证卸载过程的安全、可控，应对突发事故
9、，成立卸载工程指挥部，明确组织成员及职责分工。表5.2.2-1 卸载指挥部人员职责分工表序号卸载指挥部成员职责分工职务姓名1总指挥全权负责卸载工作2副总指挥负责与业主、设计、监理、土建等相关单位协调现场工作，确保无关人员撤离现场；3技术负责人负责技术交底，组织检查各项技术措施到位情况,具体卸载操作指令的下达；4质量负责人负责质量检查，卸载前的预验收等工作；5现场负责人负责组织人员、机具、材料，技术安全措施的配备；6监测负责人负责观测卸载过程中的结构变形，并适时汇总数据，分析变形情况，向总指挥及技术负责人汇报；7安全负责人负责现场安全措施的检查验收及安全技术交底，设置警示标志，确保无关人员的撤离
10、现场； 2、卸载所需的各种材料与设备的检查与验收。 3、在自检验收的基础上，组织业主、设计、监理、施工单位等对钢结构进行联合检查并预验收，以确保支撑塔架卸载前钢结构已按设计和规范要求安装焊接完毕并探伤合格，防止漏装、漏焊现象。同时组织人员对各种安全防护措施进行检查，对钢结构上的杂物进行清理、固定，防止卸载过程中出现高空坠物现象，检查完毕后，进行签字确认。表5.2.2-2 支撑塔架卸载准备工作检查确认单序号单位名称检查内容签字4、对支撑塔架进行编号，编制各卸载点的工艺卡，并明确相关的责任人员，以便卸载过程中的统一指挥与联络。同时，按各支撑塔架的分级卸载量在沙漏上活塞下端划好标记刻度线，以便于卸载
11、过程中的同步性控制。表5.2.2-3 支撑塔架卸载工艺卡卸载分区卸载点编号总卸载量（mm）各分步卸载量（mm）操作人员监视人员备注理论值实测值 5、技术交底。组织所有的操作人员、监视人员及卸载指挥部成员进行技术交底，交底内容包括：卸载前需做的各项准备工作；卸载方案，含卸载分区、分级、步骤及操作工艺；过程中需监测和记录的数据；安全注意事项及应急预案等。5.2.3卸载工艺 1、卸载点形式对于每个卸载支撑点，在卸载过程中仍然保留原支撑点，即沙漏套筒，卸载时各卸载点随结构逐步下移，确保主体结构的安全。由于沙漏在结构安装前已设置于支撑塔架顶部，为确保钢结构安装精度，安装前针对卸载沙漏中黄沙压缩量进行现场
12、试压，根据试压数据对塔架定点标高进行预留（50吨千斤顶试压，最大压缩量为Max15mm）。在构件上胎后根据需要二次微调黄沙的填充量以达到调整构件竖向标高的目的。千斤顶应力检测仪卸载沙漏图5.2.3-1 沙漏承压试验 2、卸载操作步骤（1）通过对讲机统一指挥，做好卸载前的各项准备工作，如：操作平台清理，人员准备就位等，准备完毕后逐点确认；（2）由指挥部发出第一级卸载指令，各相关卸载点位接到指令后依据卸载工艺卡和标定刻度线对支撑点沙漏进行分级放沙卸载，直到预定位置，做好实测记录并向指挥部汇报确认。（3）通过对讲机报点，当全部确认第一级卸载到位后，继续进行第二级卸载，依次循环，直至卸载全部完成。沙漏
13、卸载点图5.2.3-2 现场沙漏卸载5.2.4卸载技术措施支撑塔架卸载过程即是释放塔架内力和拆除塔架的过程，也是结构产生变形和结构体系稳步成型的过程。在此过程中，支撑塔架和结构体系中的受力十分复杂。为防止发生意外，确保卸载的顺利进行，卸载过程中应采取特殊的技术措施：（1）卸载过程中，除需进行主要控制点的跟踪测量和监测外，每个卸载点都要安排人员实测同步下沉数据并做好记录。（2）卸载时要统一指挥，保证同步，且严格按分级大小进行。（3）卸载前要仔细检查各支撑点的连接情况，让结构处于自由状态，不要有附加约束，特别要避免支撑塔架与结构本体之间的固接。（4）卸载过程中，结构上下不得进行其它作业。（5）风、
14、雨天气致使检测和操作困难时停止卸载，且卸载宜选择在白天进行。5.2.5测量监测1、监测内容卸载监测以变形监测为主，包括对主体结构的监测及对支撑塔架的监测。卸载前、中、后杆件应力应变监测数据应与理论计算值基本相符。2、监测手段可根据结构平面布置和现场实际情况设置若干个测量控制站点，每个站点架设1台仪器，保证仪器能覆盖全部测量观测点，进行动态实时监测。同时采用刻度对比的方法观测每个塔架的卸载量。卸载完毕后再采用全站仪进行全面测量。 3、监测时机与数据处理（1）监测时机和步骤沙漏卸载过程中，每一个卸载步骤前后测试一次。（2）监测数据处理采用计算机技术对数据进行处理，将测试结果绘制在图纸上，以便直观反
15、映结构的变形过程。 4、卸载前后监控频率卸载前后的测量时间节点要求为：卸载前监测一次、卸载后监测3天，每天早、中、晚各监测一次，以反映温度对结构的变形影响，当马道及其他屋面附属荷载安装完成后再监测一次。 图5.2.5-1 塔架应力监测仪器安装 图5.2.5-2 卸载过程塔架应力监测6.材料与设备表6-1 机具设备表序号名称数量单位用途1卸载沙漏2割枪3灭火器4全站仪5防坠器6卷尺7安全带8对讲机7.质量控制7.1 工程质量控制标准钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001 钢结构工程施工规范GB50755-2012 钢结构焊接规范GB50611-2011 钢结构设计规范GB50017-2003 钢管结构技术规程CE
