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結合鄂爾多斯機場(chǎng)擴建工程大跨度空間結構項目，提出了一種頂推累計滑移方法，詳細分析了其技術(shù)原理，提出了包括三向承力的滑道和滑道梁設計、減摩技術(shù)與減摩材料、模擬加載試驗技術(shù)、計算機控制技術(shù)等多項技術(shù)在內的一整套施工工藝技術(shù)。采用有限元軟件對該方法的施工全過(guò)程進(jìn)行了模擬分析，得到了施工過(guò)程中整體結構的穩定性能、桿件應力和結構變形指標，進(jìn)而制定了施工過(guò)程中關(guān)鍵的監測點(diǎn)。通過(guò)實(shí)際施工過(guò)程中的監測發(fā)現其與有限元分析結果吻合良好，驗證了本文提出的頂推累計滑移方法的施工過(guò)程的安全性、可行性和高效性。
      關(guān)鍵詞：曲線(xiàn)頂推累積滑移    三向承力的滑道和滑道梁  減摩技術(shù)與減摩材料  模擬加載試驗技術(shù)  計算機控制技術(shù)
      1  工程概況
      鄂爾多斯機場(chǎng)新建航站樓整體造型為一只展翅的雄鷹，建筑物地上三層，地下一層，總建筑面積約為100277m2，，主體結構采用鋼筋砼結構，屋頂均采用大跨度鋼結構屋蓋,見(jiàn)圖1。
 

圖1   鄂爾多斯機場(chǎng)擴建工程效果圖
 

建筑中心位置（A區），為直徑108米的大型穹頂。A區結構主要由圓形穹頂結構和懸挑的鋼雨棚結構組成。穹頂結構主要由穹頂中心球殼、內環(huán)桁架、主桁架以及主桁架之間扇形區域(包括外環(huán)桁架)鋼結構組成。徑向主桁架共24榀，在其外側端部下方設有Y形鋼支撐柱，柱腳通過(guò)球形鋼支座與混凝土柱頂連接，混凝土柱頂標高為+21.8米。環(huán)向桁架共有兩圈，分別位于徑向主桁架的兩端。在內圈環(huán)桁架的內部，為穹頂中心球殼結構，直徑為20米，頂部標高為+45.364米。
      2  滑移施工工藝
      結構布置內、中、外三環(huán)滑移軌道，內環(huán)布置在內環(huán)桁架下方（半徑10米），中環(huán)布置在半徑24.479米上，外環(huán)布置在穹頂結構柱上（半徑54米），在結構外環(huán)和中環(huán)布置頂推動(dòng)力裝置，內環(huán)安裝輪子作為從動(dòng)軌道。
      內環(huán)桁架及中心球殼單元散裝安裝，環(huán)桁架下弦桿處安裝八個(gè)滑動(dòng)臺車(chē)。徑向主桁架分兩段在地面拼裝，吊裝到滑移拼裝平臺上組裝完成主桁架，主桁架間單層網(wǎng)殼、環(huán)桁架和內環(huán)采用高空散裝（圖2）。
 

大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工:主桁架安裝
 

采用逆時(shí)針?lè )较蚧?，采用計算機控制的液壓同步推進(jìn)設備，第一次滑移同時(shí)拼裝兩個(gè)區間（30度）進(jìn)行滑移，以后每次左右同時(shí)累積結構的1/24區間（15度），共累計滑移10次，直至24榀主桁架及其間網(wǎng)殼全部安裝到設計位置。
      本工程中滑移頂推點(diǎn)共設置10處，分為兩組，分別在中、外環(huán)滑道上中心對稱(chēng)布置。其中外環(huán)滑道上共6處，中環(huán)滑道上共4處。
      滑移頂推點(diǎn)平面布置如圖3所示：

圖3  鄂爾多斯機場(chǎng)擴建工程:滑移頂推點(diǎn)平面布置圖
 

3  液壓頂推滑移關(guān)鍵施工技術(shù)
      3．1 液壓滑移工作原理
      “液壓同步滑移技術(shù)”采用液壓頂推器作為滑移驅動(dòng)設備。液壓頂推器為采用組合式設計，后部以頂緊裝置與滑道連接，前部通過(guò)銷(xiāo)軸及連接耳板與被推移結構連接，中間利用主液壓缸產(chǎn)生驅動(dòng)頂推力。
      液壓頂推器的頂緊裝置具有單向鎖定功能。當主液壓缸伸出時(shí)，頂緊裝置工作，自動(dòng)頂緊滑道側面；主液壓缸縮回時(shí)，頂緊裝置不工作，與主液壓缸同方向移動(dòng)。
      液壓頂推器工作流程示意如圖4：
      步序1：液壓頂推器頂緊裝置安裝在滑道上，靠緊側向擋板；主液壓缸缸筒耳板通過(guò)銷(xiāo)軸與被推移結構連接；液壓頂推器主液壓缸伸缸，推動(dòng)被推移結構向前滑移。

 
圖4-1  大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工步序1

步序2：液壓頂推器主液壓缸連續伸缸一個(gè)行程，頂推被推移結構向前滑移一端距離（一個(gè)步距）。

 
圖4-2  大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工步序2

步序3：一個(gè)行程伸缸完畢，被推移結構不動(dòng)；液壓頂推器主液壓缸縮缸，使頂緊裝置與滑道擋板松開(kāi)，并跟隨主液壓缸向前移動(dòng)。
 

圖4-3  大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工步序3

步序4：主液壓缸一個(gè)行程縮缸完畢，拖動(dòng)頂緊裝置向前移動(dòng)一個(gè)步距。一個(gè)行程的頂推滑移完成；從步序1開(kāi)始執行下一行程的步序。
 

 圖4-4  大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工步序4
 

3．2施工監測措施
      鋼結構頂推平移是由計算機自動(dòng)控制的，滑移中同時(shí)安排人工測量對鋼結構變形進(jìn)行監測，并由各頂推點(diǎn)操作人在行程中觀(guān)測滑道情況，行程結束時(shí)測量平移距離，采取多重保險。
      3．3承載系統設計
      頂推平移的承載系統由滑道、滑塊、反力架等組成?；?、滑塊承受由結構自重及摩擦力引起的三向反力，反力架承受結構頂推滑移時(shí)的后座力，滑道起到導向作用，還受到一定的附加側向力。
       (1)三向承力的滑道和滑道梁設計
      滑道結構在鋼結構滑移過(guò)程中，起到承重、導向和橫向限制支座水平位移的作用，滑道和滑道梁承受三向反力。
      外環(huán)利用柱頂標高為+21.8米的24根鋼筋混凝土立柱，沿環(huán)向設置鋼滑道梁形成通長(cháng)滑道。中、內環(huán)設置臨時(shí)支架鋼結構，頂部設置環(huán)形鋼滑道梁?；乐苯愉佋O在滑道梁的上面?；乐行木€(xiàn)應與滑道梁軸線(xiàn)重合，以減小滑移過(guò)程中滑移單元自重荷載偏心及水平推力對滑道梁的不利影響。內環(huán)滑道采用從動(dòng)滑移，考慮到其自轉、從動(dòng)的工況特性，內環(huán)滑移的設計應首先盡量減少摩擦，故選用了滾動(dòng)摩擦的型式。另外，滑移支座處的架空高度盡量小，以增加整個(gè)內環(huán)結構滑移過(guò)程中的穩定性。
      鋼滑道梁采用焊接H型鋼制作，滑道選用16a熱軋槽鋼制作，與滑道梁間斷焊接固定?；纻让鎸ΨQ(chēng)設置擋板結構，起到對槽鋼翼緣加固、以及抵抗滑移支座處可能側向推力的作用。如下圖5所示：

圖5   鄂爾多斯機場(chǎng)擴建工程 滑道側向擋板平面圖

 屋面鋼結構沿徑向的剖面為拱型結構，有一定的支座水平推力，會(huì )對滑移的過(guò)程產(chǎn)生影響。為減小滑移支座對滑道的水平推力，采取釋放位移的方法來(lái)達到目的。實(shí)施時(shí)滑靴（鋼滑塊）與滑道側壁預留一定調節間隙，為水平推力的釋放預留空間。
      (2)減摩技術(shù)與減摩材料
      滑塊設計的關(guān)鍵是采用優(yōu)良的減摩材料制作減摩板。減摩板要求摩擦系數小，并且在額定壓力下變形小、摩損小、時(shí)效蠕變小，既能有效減小滑塊與滑道的摩擦力，又經(jīng)久耐用，附合頂推滑移的工況要求。同時(shí)，為保持良好的潤滑，還設置了潤滑油自動(dòng)補給的孔道和裝置。
      3．4頂推設備
      本工程中采用液壓爬行器作為推進(jìn)驅動(dòng)設備。液壓爬行器為組合式結構，一端以楔形夾塊與滑移重型軌道連接，另一端以鉸接點(diǎn)形式與滑移胎架或構件連接，中間利用液壓油缸驅動(dòng)爬行。選用的步進(jìn)式液壓頂推器，是一種通過(guò)后部頂緊，主液壓缸產(chǎn)生頂推反力，從而實(shí)現與之連接的被推移結構向前平移的專(zhuān)用設備。此設備的反力結構利用滑道設置，省去了反力點(diǎn)的加固問(wèn)題。
      液壓推進(jìn)器與被推移結構通過(guò)銷(xiāo)軸連接，傳力途徑非常直接，啟動(dòng)過(guò)程中無(wú)延時(shí)，動(dòng)作精確度好。由于其反力點(diǎn)為步進(jìn)頂緊式接觸，不會(huì )在滑移過(guò)程中產(chǎn)生相對滑動(dòng)，所以同步控制效果更好。步進(jìn)式的工作過(guò)程，使得同步誤差在每個(gè)行程完成后自然消除，無(wú)累積誤差，同步精度很高。
通過(guò)滑移設備擴展組合，滑移重量、跨度、面積不受限制。只要有合理的頂推位置，滑移距離不受限制，液壓爬行器具有逆向運動(dòng)自鎖性，使滑移過(guò)程十分安全，并且構件可以在滑移過(guò)程中的任意位置長(cháng)期可靠鎖定。
液壓滑移設備體積小、自重輕、承截能力大，特別適宜于在狹小空間或室內進(jìn)行大噸位構件滑移安裝。設備自動(dòng)化程度高，操作方便靈活，安全性好，可靠性高，使用面廣，通用性強。
      (1) 液壓頂推器
      本工程中采用的YS-PJ-50型液壓頂推器。在外、中環(huán)滑道上根據單個(gè)滑移支點(diǎn)及總的反力值，按最不利工況計算配置滿(mǎn)足總的液壓頂推力需求的液壓頂推器數量，經(jīng)計算在中環(huán)滑道上配置4臺液壓頂推器，在外環(huán)滑道上配置6臺液壓頂推器。參見(jiàn)滑移頂推點(diǎn)平面布置圖。
      (2)液壓泵源系統
      YS-PP-60液壓泵源系統為液壓頂推器提供動(dòng)力，并通過(guò)就地控制器對多臺或單臺液壓頂推器進(jìn)行控制和調整，執行液壓同步頂推計算機控制系統的指令并反饋數據。
      在不同的工程使用中，由于滑移頂推點(diǎn)的布置和液壓頂推器的配置都不盡相同，為了提高液壓頂推設備的通用性和可靠性，液壓泵源系統的設計采用了模塊化結構。根據頂推點(diǎn)的布置以及液壓頂推器數量和液壓泵源流量，可進(jìn)行多個(gè)模塊的組合，每一套模塊以一套液壓泵源系統為核心，可獨立控制一組液壓頂推器，同時(shí)可進(jìn)行多點(diǎn)擴展，以滿(mǎn)足各種類(lèi)型工程的實(shí)際需要。
      由于外、中環(huán)兩條滑道沿同心圓布置，之間距離較遠，故液壓泵源系統擬采用單滑道上跟隨液壓頂推器配置的方式，也可考慮采用跨兩條滑道對應液壓頂推器配置的方式。
本工程中，因兩條滑道上設備配置系數相差較大，采用每個(gè)分區每條滑道上一組液壓頂推器并聯(lián)，配置一臺YS-PP-60型液壓泵源系統的方式。另外，中環(huán)滑道半徑較小，且配置的液壓頂推器總數僅有4臺，故僅配置一臺YS-PP-60型液壓泵源系統，將4臺液壓頂推器兩兩并聯(lián)，分別由同一泵站的兩臺泵機提供動(dòng)力。鋼結構兩個(gè)分區對稱(chēng)滑移的總配置為3臺YS-PP-60型液壓泵源系統。
      (3)計算機控制系統
      電器同步控制系統由動(dòng)力控制系統、功率驅動(dòng)系統、傳感檢測系統和計算機控制系統等組成。
      電器控制系統主要完成以下兩個(gè)控制功能：集群頂推器作業(yè)時(shí)的動(dòng)作協(xié)調控制。在牽引過(guò)程中，所有液壓頂推器都必須在計算機的控制下協(xié)調動(dòng)作，為同步滑移創(chuàng )造條件；各點(diǎn)之間的同步控制是通過(guò)調節液壓系統的流量來(lái)控制液壓頂推器的運行速度，保持被推移結構的各點(diǎn)同步運行，以保持其平面姿態(tài)。
液壓同步滑移施工技術(shù)采用傳感監測和計算機集中控制，通過(guò)數據反饋和控制指令傳遞，可全自動(dòng)實(shí)現同步動(dòng)作、負載均衡、姿態(tài)矯正、應力控制、操作閉鎖、過(guò)程顯示和故障報警等多種功能。
      操作人員可在中央控制室通過(guò)液壓同步計算機控制系統人機界面進(jìn)行液壓滑移過(guò)程及相關(guān)數據的觀(guān)察和（或）控制指令的發(fā)布。通過(guò)計算機人機界面的操作，可以實(shí)現自動(dòng)控制、順控（單行程動(dòng)作）、手動(dòng)控制以及單臺液壓頂推器的點(diǎn)動(dòng)操作，從而達到鋼結構累積滑移安裝工藝中所需要的同步頂推、姿態(tài)調整、單點(diǎn)毫米級微調。
本工程中共配置一套YS-CS-01型計算機同步控制及傳感檢測系統。
      3．5穩定性控制及頂推力的傳遞
      本工程中鋼結構屋蓋滑移單元滑移過(guò)程中，由于頂推點(diǎn)距離主桁架之間的水平結構均有一定距離（鋼立柱處特別大）。頂推點(diǎn)的水平頂推力會(huì )產(chǎn)生繞其上部節點(diǎn)的附加彎距。此附加彎距不利于滑移過(guò)程中支撐結構的穩定。且當滑移單元開(kāi)始滑移時(shí)，因為頂推點(diǎn)后面滑移支座與滑道的摩擦力與頂推力反向，將導致相鄰兩個(gè)鋼立柱分別朝相反方向的豎向扭轉，并將水平力直接傳遞給上部環(huán)桁架結構，產(chǎn)生不易控制的應力應變，對屋面鋼結構滑移安裝過(guò)程的結構安全不利。
      為消除這種不易控制的影響，并從滑移安裝精度控制角度出發(fā)，保證后面的滑移支座與頂推點(diǎn)、以及所有滑移支座之間的同步性，應沿滑道方向，在相鄰的滑移支座之間加設臨時(shí)水平聯(lián)系桿件。
      3．6液壓頂推系統調試及分級加載試滑移
      液壓滑移設備系統安裝完成后，進(jìn)行系統調試。待液壓頂推系統設備檢測無(wú)誤后開(kāi)始試滑移。經(jīng)計算，確定液壓頂推器所需的伸缸壓力（考慮壓力損失）和縮缸壓力。開(kāi)始試滑移時(shí)，液壓頂推器伸缸壓力逐漸上調，依次為所需壓力的20%，40%，在一切都正常的情況下，可繼續加載到60%，80%，90%，95%，100%。屋面鋼結構滑移單元剛開(kāi)始有移動(dòng)時(shí)暫停頂推作業(yè)，保持液壓頂推設備系統壓力。對液壓頂推器及設備系統、結構系統進(jìn)行全面檢查，在確認整體結構的穩定性及安全性絕無(wú)問(wèn)題的情況下，才能開(kāi)始正式頂推滑移。
      4、屋蓋累積滑移施工模擬
      根據施工方案，A區鋼屋蓋采用雙向累積滑移施工技術(shù)，由于拼裝、滑移過(guò)程中結構受力與設計狀態(tài)時(shí)有所差別。一方面，邊界支撐條件和結構受力體系可能不同；另一方面整個(gè)結構體系是個(gè)逐步建立的過(guò)程，存在結構轉換，部分桿件受力特性可能發(fā)生改變，因此需要對施工過(guò)程中的若干關(guān)鍵工況進(jìn)行計算，對可能發(fā)生的不利因素進(jìn)行提前預警，以保證結構施工的安全。
      4.1計算模型圖6

圖6  大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工 計算模型
 

圖7-1   大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工 內環(huán)支座側移位移量

 
圖7-2   大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工 中環(huán)支座側移位移量

 
圖7-3   大跨度空間鋼結構曲線(xiàn)頂推累積滑移施工 外環(huán)支座側移位移量
 

圖8-1  鄂爾多斯機場(chǎng)擴建工程 第一個(gè)滑移單元滑移時(shí)，桿件應力比值

 
圖8-2  鄂爾多斯機場(chǎng)擴建工程 鋼屋蓋完成1/2，累積旋轉滑移75°時(shí)，桿件應力比值

 
圖8-3  鄂爾多斯機場(chǎng)擴建工程 鋼屋蓋完成拼裝、滑移后，未卸載前桿件應力比值