大跨度单边开口拱形支撑煤棚工程钢结构施工技术

1 工程概况

1.1 煤棚改造方案

吴泾第二发电厂原有2个条形煤场，长约300m，其中A区煤场有长度为100m的干煤棚，其 余区域为露天煤场。2个条形煤场均设有斗轮机，煤场设计堆煤高度为12m，最大储煤量约为25万t。为满足环境保护要求，需对煤场进行全封闭改造。

煤场的改造方案为“条形干煤棚+端部抑尘网”的形式。其中，保留原有A区煤场干煤棚，并向东西两侧进行延长和封闭，B区煤场全长范围内新建1座干煤棚，其跨度与A区煤场相同，均为102.8m。图1为需新建煤棚的结构示意，其中左侧为A区煤场，空白处为既有煤棚，右侧为B区煤场。

图1 新建煤棚的结构示意

为保证整体美观以及顺利对接A区的新老干煤棚，新建干煤棚主体结构外侧与原有干煤棚完全一致。此外，由于现有A区煤场干煤棚的基础较宽，占据了部分B区煤场场地，为避免新建A区煤场基础对储煤量造成影响，在现有干煤棚的侧面，B区新建干煤棚不再设置柱和基础，而是采用纵向单边开口拱形支撑结构。

1.2 改造工程的特点与难点

1.2.1 工程特点

由煤棚改造方案可知，改建后的A区和B区的2座煤棚相连，中间基础共用。但由于A区原有的100m长度干煤棚需保留，故此处无法布置基础，在建造B区煤棚以及与现有煤棚相连区域时，需设置临时支撑。

1.2.2 工程难点

经过对场地条件、工期、施工工艺、措施成本等综合考虑，选用大跨度拱架钢结构作为新建煤棚网架的支撑。若网架施工过程中不考虑结构整体状态对拱结构侧向变形的支撑作用，仅将大跨度拱架作为上部网架的支撑，缺少必要的支撑时，无法满足后续安装要求。因此，需对大跨度拱架采取纠偏措施。

2 拱架施工方案及纠偏方案

根据现场施工情况，将 整个网架分为5个区域分别施工，如图2所示。

图2 新建煤棚网架分区示意

进行纠偏分析验算时，荷载设置如下：网架自重（考虑结构自重放大系数1.2）+节点永久荷载（包括檩条和面板荷载，考虑自重放大系数1.2），网架自重里面包含了气楼等构件，但不包括面板等效节点荷载和导荷面上的面载。

2.1 施工方案介绍

施工方案如图3所示，4区和5区先施工（图4），并考虑5区檩条荷载先施加，施工流程如下：网架C吊装→散装1→网架A、B吊装→散装2→散装3→散装4→网架D、E吊装→散装5→散装6。

图3 煤棚施工示意

图4 4、5区施工过程剖面示意

3区施工流程如下：支撑胎架搭设→支撑点顶 升→与4区连接→拱桁架上部与网架连杆拆除→拱桁架上部与网架连杆安装→支撑点卸载（图5）。

图5 施工过程剖面示意

拱桁架与上部结构的断开与连接顺序按图6连接。施工流程如下：分段5断开→分段4、3断开→分段6、7断开→分段2、1断开→分段8、9断开→分段1、2连接→分段9、8连接→分段3、4连接→分段7、6连接→分段5连接。

图6 拱架与网架的施工流程

2.2 纠偏方案

纠偏计算共分3个施工方案，其中胎架顶升位移不同，施工方案一、方案二、方案三最西端胎架顶升位移分别为50mm、20mm和1mm，施工方案三用于模拟不顶升的结果。纠偏方案从计算的第46分析步开始。

3 纠偏方案模拟结果分析

以施工方案一为例展示详细的模拟结果，并将 3种施工方案的模拟结果进行对比分析。

3.1 拱的变形分析

以拱上8185号节点为参考点，拱在第46步完成后变形， y 向最大位移为161mm。第81步，胎架顶升后拱变形，可以看出拱回弹明显，最大 y 向位移约119mm。第96步胎架卸载后拱变形，最大 y 向位移约36mm。第99步结构施工完成后拱的 y 向变形42mm。

3.2 整体网架的变形分析

分析网架整体 x 向、 y 向和 z 向变形。 施工完成后，部分构件往西偏100mm；拱上部网架部分杆件往北偏110mm；3区网架中部部分构件挠度为210mm。第46步3区网架的竖向变形幅值约139mm。以2590号节点为参考点，第81步胎架顶升后，幅值约107mm，3区靠近4区部分杆件竖向上翘变形约60mm，提升效果明显。第96步胎架卸载后最大竖向变形约152mm，第99步结构施工完成后竖向变形171mm。第46步3区网架的 y 向变形幅值约161mm；以8185号节点为参照，第81步，胎架顶升后，最大 y 向位移约119mm；第96步胎架卸载后，最大 y 向位移约36mm；第99步结构54施工完成后拱的 y 向变形42mm。

3.3 施工中3区、4区控制点的竖向变形

3区与4区交界处控制点位置如图7所示，各控制点的位移变化曲线如图8所示，施工完成后最大竖向变形约55mm。

图7 3区与4区交界处控制点位置

图8 3区与4区交界处控制点竖向位移变化曲线

4区跨中控制点位置如图9所示，从左往右依次为2078点、1897点、1657点、1416点，各控制点位移曲线如图10所示，最终竖向变形在110~140mm。

图9 4区跨中控制点位置

图10 4区跨中控制点竖向位移变化曲线

3.4 顶升过程中杆件应力

胎架顶升过程中构件应力比验算如图11所示，从图中可以看出约14根构件应力大于140MPa，需要在顶升前进行加固。

图11 胎架顶升时3区杆件应力

3.5 各方案对比

拱架8185点的 y 向变形比较结果见表1。2590点的 z 向变形比较见表2。第A15号控制点的 z 向变形比较见表3。1657控制点的 z 向变形比较 见表4。

表1 拱架8185点 y 向变形  mm

表2 拱架2590点 z 向变形  mm

表3 A15控制点 z 向变形   mm

表4 拱架1657控制点 z 向变形  mm

4 结论

（1）按照最新纠偏方案，综合考虑各种因素，宜优先选择方案三，不顶升网架的方案。（2）结构施工完成后拱的 y 向变形25mm，网架与拱连接的部分杆件往北偏100mm；3区网架中部部分构件挠度为210mm。（3）最东端的胎架合力最大，不包括胎架自重，该反力约38t。