| 标题 | 大跨度钢桁架连廊结构受力性能分析 |
| 范文 | 杨勤鹏 摘要：随着我国基础建设的不断发展，钢桁架在部分复杂的工程项目中发挥着越来越重要的作用。这种建设技术以钢材为承重主体，充分地发挥了建材的性能，同时钢材也比较灵活可以根据项目的需求来调整外形。除此之外，钢桁架的应用还能够减轻建筑的自重，对于投资方而言能够有效地控制成本节约资源。基于此，笔者在文章中首先分析了大跨度钢桁架连廊技术的应用背景；其次，简要的介绍了项目的施工流程；最后针对不同情况下的钢桁结构进行了受力性能分析，希望给建设实践提供一些启发和指导。 Abstract： With the continuous development of China's infrastructure construction， steel truss plays an increasingly important role in some complex engineering projects. This kind of construction technology uses steel as the main body of weight bearing， fully exerts the performance of building materials， and at the same time， the steel is also more flexible and can be adjusted according to the needs of the project. In addition， the application of steel truss can also reduce the weight of the building， and it can effectively control the cost-saving resources for investors. Based on this， the author firstly analyzed the application background of large-span steel truss corridor technology in the article； secondly， briefly introduced the construction process of the project； finally analyzed the stress behavior of the steel sill structure under different conditions， hoping to provide some inspiration and guidance for construction practice. 关键词：大跨度钢桁架；连廊结构；受力分析；支座沉降 Key words： large-span steel truss；corridor structure；stress analysis；bearing settlement 中图分类号：TU393.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）21-0217-02 0 引言 钢桁架结构作为一种便捷低成本的建设手段，在桥梁、电视塔以及巩固场所的承重结构中有着极为广泛的应用。大规模的应用也给钢桁结构的施工带来了新的挑战，在设计的过程中必须要考虑到项目的使用需求和受力情况，保障钢桁结构的稳定与生命周期。在以往由于结构投产所造成的钢材形变以及连接工艺中的问题，导致项目失去平衡严重的还会威胁到人们的生命财产安全。因此，在大跨度钢桁架连廊结构中，进行系统的受力分析能够确保项目的质量，促进该技术进一步发展和推广。 1 钢桁架连廊技术背景 1.1 社会背景 在钢桁架连廊结构的施工中，建设单位通常采用现场拼接的方式，而且涉及到大量的高空作业。在这种施工环境下，就必须以最准确的前期受力分析数据作为依据，来指导工序按部就班的落实。同时这种高空现场拼接的做法，也导致其它分项必须配合给项目的整体施工带来了一定的影响。部分业务能力不过硬的技术人员，在实施安装和焊接工作时就可能出现纰漏，导致项目出现质量问题。除此之外，在经济市场中投资方往往更希望项目能够尽早的投产使用，而建设方就不得不在质量控制与工期之前寻求一个平衡。部分项目为了赶进度没有进行充分地前期準备，使奠基和安全防护工作不到位项目也容易出现事故。而在现场拼接和电焊的过程中又相当繁琐，不仅给施工人员带来了巨大的工作负担，同时也使工期进一步延长。总之，投资方与建设方之间的矛盾、短期经济效益与长期社会效益之间的矛盾广泛存在，这就要求业内严格的控制受力性能，确保项目的建设落实。 1.2 工程现状 自改革开放以来，我国的建筑建设项目在全国各地都出现井喷式的增长趋势，同时新技术和新设备的不断涌现也给现代化建设提供了有力的支持。在以往的建设项目中，由于受到技术和设备的限制大量的使用人工劳动力。这就使一些大项目建设步履维艰，而且人工施工在效率上也比较慢无法满足社会高速发展的需求。经过近些年的发展，我国的建设技术和项目管理水平已经位居世界前列，即使在一些数千吨的钢桁架连廊结构中，也能应用大机器设备进行施工。在项目建设之处，施工人员先预埋好相应的支撑设施来分解应力，通过浇筑混凝土的办法来提高项目主体的承重能力。当混凝土强度达到使用标准时，再按照建设计划进行拼接，保证项目建设的安全。由此可见，在钢桁架连廊结构的施工过程中无处不需要考量结构的自重受力与负重受力，通过保持结构内力的平衡来实现项目的稳固。 2 施工流程 2.1 埋件设置 在具体的项目建设中，钢桁架首先要在厂区进行预拼接，给现场的拼接打好基础并检查可能存在的施工问题。然后开始着手施工点的埋件预设，当准备工作完毕之后才能进行现场的拼接。最后再根据大跨度钢桁架连廊结构的主次关系，通常依照由下至上以及由中枢向四周的顺序有条不紊地进行组装。其中埋件设置时现场施工的基础项目，施工人员需要对项目的具体情况进行调查。根据拼接平台的尺寸以及钢桁架所造成的单位面积荷载力，来计算出所需的支撑胎架，并利用数据反馈出支架的数量及选点位置。在进行拼接时施工人员先浇筑混凝土承重柱作为胎架的放置点，同时在钢桁架连廊机构的主干梁上用大量的弦杆进行焊接。通过垂直方向以及斜向的受力分解，就能实现对钢桁架的负重支撑，保障项目能够安全稳定的建设。 2.2 支撑胎架设置 支撑胎架设置也是钢桁架连廊拼接技术中的重要环节，主要针对自重应力的分摊和前期预埋项目的拆除工作。首先，建设单位在进行混凝土浇筑之后，在钢桁架结构的主体部位先进行主轴钢架的拼接。在这个过程中混凝土已基本凝固，相应的前期准备设施则可以陆续拆除离场，给现场施工提供一个更加宽松有序的环境。在主轴钢桁架固定之后，借助于汽车吊等机械设备将其它部位的钢结构按照项目建设方案一步步落实。在支撑胎架的设置与浇筑过程中，施工人员还需要确保项目建设的质量。通常技术人员会使用平衡仪来检测钢桁架的水平位置，而且在相关设备的检测下也能够找到钢桁架整体结构的中心点，给现场安装拼接进行定位。最后值得一提的是，在设置支撑胎架时技术人员还应该进行复核，保障实际建设与项目设计方案保持一致。在安装焊接的过程中也需要细致入微，避免漏焊和后期裂缝事故的出现，从而提高支撑胎架的稳定性。 3 钢桁架结构选型及分析 3.1 钢桁结构内力分析 钢桁架连廊结构在拼装上比较灵活但决不意味着可以自由发挥，具体的施工步骤与外形设计都会影响到整体的受力以及后期的外应力负荷。尤其是在大跨度钢桁架机构项目中，更应该对现场进行评估最终来合理的设计结构的外形和内部分支。比如在部分项目的建设中，为了减少钢桁机构中的腹杆，并且简化施工难度。就会采用一些复杂的多边形结构，在内部连接中依靠腹杆和上下弦来稳固，也能起到不错的效果。但是由于其多边形的结构使杆件的分布呈现出不对称的现象，这就会使杆端弯矩值超出建设的标准，甚或会对项目的整体质量造成影响。可见，在项目建设中内力分析必须要考虑到工程的具体概况，两者相互影响同时相互促进。在建设过程中技术人员可以借助于专业的软件来创建物理环境，将材料属性以及梁单元截面整合成有限元模型。利用数形结合的方式，定义出值域的便捷范围从而给项目的建设提供数据支持。 3.2 大跨度结构内力分析 大跨度钢桁架连廊结构与普通钢桁架结构有所不同，在建设中通常会采用斜杆的结构来起支撑作用。因此其内力分析的有限于模型也呈现出特别之处，施工人员根据斜腹杆的延伸情况来进行数据的搜集，并建立起外形不同的大跨度钢桁架模型。经过内部的受力比较，斜腹杆在钢桁架结构中能够有效地降低弦杆的弯矩值，对于缩小钢桁架的跨度有着重要的意义。除此之外，在钢桁架连廊结构中还应该对轴力值进行检测，对比不同模型轴力的大小来预测其变化趋势。经过多年来项目经验的总结，斜腹杆的倾斜度越靠近支撑柱其轴力值就越小，相反钢桁结构的自重受力就越分散，保证了项目的自重稳定。因此，在大跨度钢桁架结构的施工中尽可能地将斜腹杆向支撑柱拉伸，以此来控制项目的整体跨度。同时在这种结构下，弦杆与腹杆所受到的轴力值也相对较小，对延长项目生命周期和稳定性发挥着重要的作用。 4 支座沉降内力分析 4.1 支座附加力分析 在项目投产使用之后，钢桁架机构不仅受到工程自重应力的负荷，同时也可能受到外力的附加重量，这就给项目的支座沉降带来了不确定因素。施工人员可以根据项目的建设情况绘制出大致的受力分析图，根据物理力学原理来进行计算。考虑到项目支座在沉降过程中支点各部分的受力情况几乎相同，那么他们的速度也趋近于匀速。因此技术人员可以将其看做受力平衡状态，故悬臂梁自重可以忽略不计，只需要计算梁支座位移的沉降差。借助于卡氏第二定理，首先推测出悬臂梁在整体结构中的受力和位移情况，同时对钢桁架结构的截面进行测量，然后带入公式中得出具体的数值。 4.2 钢桁架内力分析 钢桁架受到支座沉降的影响，其内部的受力情况也会发生相应的变化。在行业内普遍适用的是《建筑地基基础设计规范》，当项目的沉降量在2m左右时就能令沉降差Δ=1m来展开分析。通过有限元模型的建立，我們可知在支座沉降的情况上下弦杆的弯矩值、轴力值都会呈现出较大的差异，这样一来就给钢桁结构的稳定性埋下了安全的隐患。因此，在项目的建设之初应该对地基进行预处理，来控制后期的沉降范围。通常在行业内会采用堆载预压的方式以及挖空换填法来稳固地基，减少或者杜绝沉降的发生。同时也需要利用精密的计算手段和先进的施工工艺，在后期支座沉降不可避免的情况下能够精确的计算出附加内力值，给项目建设提供指导。 5 结论 经过对大跨度钢桁架连廊结构的系统研究，根据施工流程以及外观设计来建立了受力分析模型。笔者在文章中主要针对钢桁架结构的内力以及支座沉降情况下的附加力变化，计算出弦杆弯矩值和轴力值的大小，以此来完善和改进现阶段的施工工艺。经过对模型的分析得出，在中短跨度的钢桁架结构中，采用不等节间空钢桁架能够减少轴力值令项目结构更加稳定。其次，在建设中钢桁架两端的斜腹杆也应该尽量的向支柱延伸，来降低弯矩值从而控制项目的跨度。最后，在考虑到支座沉降的影响下，施工人员也需要对关键部位的杆件进行应力检测，以防止主体结构出现损伤。 参考文献： [1]宋超，张俊延，周志健.大跨度多层钢桁架拼装技术研究[J].建筑工程技术与设计（上月刊），2016（11）：426. [2]王晓东.高层建筑大跨度钢结构连廊设计[J].工程建设与设计，2014（12）：25-27. [3]张昭一，王元清，高阳，等.支座沉降对拱壳杂交钢结构设计的影响[J].建筑科学与工程学报，2015，28（11）：1-4. [4]唐兴荣，蒋永生，丁大钧，等.新型钢筋混凝土空腹桁架的结构分析[J].东南大学学报，2016，26（6B）：94-96. |
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