1、第 53 卷 第 6 期2023 年 3 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.6Mar.2023DOI:10.19701/j.jzjg.ZJ220115河北省省级科技计划资助(22375410D)。第一作者:第一作者:黄中营,学士,高级工程师,主要从事土建施工等方面研究,Email:157266903 。通信作者:通信作者:刘聪,硕士研究生,主要从事结构设计等方面研究,Email:562037015 。北京工人体育场施工用钢栈桥设计与监测黄中营1,王 猛1,刘 聪2,3,王怡森1(1 北京建工集团有限责任公司,北京 100055;2 河北省土木工程灾变控制
2、与灾害应急重点实验室,廊坊 065201;3 华北科技学院建筑工程学院,廊坊 065201)摘要:北京工人体育场工程因基坑占地面积大、工期紧,物资完全依赖塔吊不满足进度要求,设计了一道钢栈桥供运输及施工车辆行驶,便于材料运输及施工,加快施工速度。介绍了钢栈桥整体安装过程,采用 MIDAS Gen 软件对安装过程进行有限元模拟,验证了钢栈桥的安全性;建立健康监测系统进行荷载试验监测,确保钢栈桥运营期间的可靠性。结果表明,钢栈桥在安装过程和运营期间安全、可靠,能有效抵御车辆的往复荷载。关键词:北京工人体育场;钢栈桥;荷载试验;有限元模拟;大高差;重荷载 中图分类号:TU399 文献标志码:A文章编
3、号:1002-848X(2023)06-0071-05引用本文 黄中营,王猛,刘聪,等.北京工人体育场施工用钢栈桥设计与监测J.建筑结构,2023,53(6):71-75,25.HUANG Zhongying,WANG Meng,LIU Cong,et al.Design and monitoring of steel trestle for construction of Beijing Workers StadiumJ.Building Structure,2023,53(6):71-75,25.Design and monitoring of steel trestle for cons
4、truction of Beijing Workers Stadium HUANG Zhongying1,WANG Meng1,LIU Cong2,3,WANG Yisen1(1 Beijing Construction Engineering Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China;2 Hebei Key Laboratory of Civil Engineering Catastrophe Control and Disaster Emergency Response,Langfang 065201,China;3 Architectural Enginee
5、ring College,North China Institute of Science and Technology,Langfang 065201,China)Abstract:Beijing Workers Stadium project because of the large area foundation pit and tight construction period,relying on the tower crane for materials completely does not meet the schedule requirements.A steel trest
6、le was designed for transportation and construction vehicles,which was convenient for material transportation and construction and speeded up construction speed.The whole installation process of steel trestle was introduced.The finite element simulation of the installation process was carried out by
7、 MIDAS Gen software to ensure the safety of steel trestle.The health monitoring system of steel trestle was established to carry out load test and ensure the reliability of trestle project in service period.The results show that the steel trestle is safe and reliable in the installation process and
8、service period,the steel trestle can effectively resist the reciprocating load of vehicles.Keywords:Beijing Workers Stadium;steel trestle;load test;finite element simulation;large height difference;heavy load 0引言 在土木工程中,栈桥是一种为运输材料、设备、人员而修建的临时桥梁设施,钢栈桥有较大的承载力,可将物料水平运至吊装最佳位置,减少占压场地、二次搬运,具有便捷施工、方便拆除的优点,
9、同时临时性和可重复利用性是栈桥的显著特点1-2,其建设已经广泛应用在我国建筑行业之中3-6。以北京工人体育场改造复建项目为背景,该项目基坑占地面积大、工期紧,为了减少工期,设计了一个提供车辆行驶的钢栈桥。为了不影响周围环境,钢栈桥需要从结构主体上往基坑内修建,同时需要保证钢栈桥的安装与使用的安全性。基于上述条件,本文对钢栈桥的设计、安装期间和使用期间的安全性进行了详细的介绍。1工程概况 北京工人体育场改造复建项目7位于北京市朝阳区工人体育场院内,地下 3 层,主要功能为商业、停车、设备用房和生活设施等体育配套建筑,地下室东西长 495m,南北长 438m;地上 6 层,主要功能为专业足球场,东
10、西长 215m,南北长 280m,屋顶最高点标高为 47.3m。2设计分析 本工程为四周高、中间低的深基坑项目,地下基坑面积几乎占满红线范围,施工现场无建筑道路建 筑 结 构2023 年到达基坑底部,拟计划采用成本较小的土坡道作为运输通道,但因地下平整,土坡道占用施工场地会严重影响施工工期。经过多方研究,采用临时钢栈桥代替土坡道,两者对比见表 1。表 1 钢栈桥与普通坡道对比坡道方式占用面积占用段完成工期交通运输影响对主体结构的影响钢栈桥 几乎不占用施工面积小于 7d不中断交通可设计成劲性结构,提高结构承载力土方坡道占用 4 个施工区域约5 000m2,底板、地下3 层、地下 2 层、地下 1
11、 层结构大于 30d收坡时中断交通增加后浇带面积,对结构影响大 钢栈桥主要分为地下设计与地上设计,地下设计中施工阶段柱的安装定位及稳定措施为本工程一个难点,其中首段钢柱的安装中,钢柱需下插到桩基内 3 000mm 深,因此需要加大桩的直径,确保钢柱下插过程中不受钢筋碰撞影响。地上设计难点是上部构件焊接变形的控制,焊接顺序与吊装顺序协调一致,并考虑焊接本身的技术问题。3钢栈桥设计钢 栈 桥 自 体 育 场 北 门 入 口 开 始,南 北 长264.5m,平均桥面宽 9m,设计为双车道,最北端为坡道起点,一直延伸至场内中心处,用以满足场内施工车辆通行要求,钢栈桥设计使用周期为 1 年,施工后期随主
12、体结构的进度进行拆除,临时性结构不考虑抗震设防设计,钢栈桥示意图见图 1。图 1 钢栈桥示意图根据钢栈桥的设计要求,其主要荷载如下:(1)混凝土罐车:满载时单车质量 70t,需考虑两车会车时处于同一跨的工况,此时一空一载,前后桥轴重为 250kN2(后桥)+100kN2(前桥),通行时,只考虑车辆后桥荷载集中作用为 250kN2=500kN。(2)构件运输车:满载时单车质量 56t,前后桥轴重为 97kN3(后桥)+97kN2(前桥)+68kN(转向轮),通行时,只考虑车辆后桥荷载集中作用为 291kN。(3)800t 履带吊机:采用分段运输、进场组装,最重主机和运输车总质量最大为 110t。
13、前后桥轴重为 168kN4(后桥)+168kN2(前桥)+85kN(转向轮),通 行 时,只 考 虑 车 辆 后 桥 荷 载 集 中 作 用为 672kN。(4)纵向荷载考虑汽车制动力,根据公路桥涵设计通用规范(JTG D602015),取汽车制动力为汽车荷载的 10%。3.1 地上结构截面设计 钢栈桥作为本工程主要施工运输通道,需要考虑各种运输车辆通行时的荷载及振动荷载,为保证安全性及稳定性,钢结构设计使用年限为 5 年,结构重要性系数取 1.0,不考虑抗震设防。为了有效承受来往运用车辆产生的向下荷载与振动荷载,采用刚度大、几何特性好的钢框架结构体系,该体系同时能形成较大的空间,平面内布置灵
14、活,构造简单,易于施工。钢栈桥最北边位置与车辆荷载密集的位置,布置交叉撑杆较其他地方要更加密集。钢栈桥的钢柱采用焊接4504502222,钢柱锚固在基础桩内,钢梁及支撑为国标热轧型钢,材质 Q355B;桥 面 梁 为 国 标 16#工 字 钢,间 距300mm,材质 Q235B,桥面满铺 16mm 厚钢板,桥面两侧设防撞护栏,材料同桥面梁;钢栈桥入口处桥面标 高 为 0.8m,桩 顶 标 高 有-18.86、-19.06、-16.81、-14.56、-16.90、-14.36、-14.10m 共 7 种标高,钢栈桥钢柱长度根据相应桩顶标高设置。截面具体数据见表 2。表 2 钢栈桥截面构件号构件
15、名称截面材质GZ1框架柱4504502222Q355BGL1框架梁HN7003001324Q355BGL2框架梁HM5883001220Q355BGL3框架梁HM340250914Q355BZC支撑HW250250914Q355BCL次梁工 16aQ235BQMB桥面板-16Q235BLG栏杆工 16aQ235B3.2 地下结构截面设计 对于灌注桩,多选取持力层或卵石层作为有效持力层。基于现场原设计存在大量灌注桩的现状下,本着充分利用原有设计基础桩的目的,施工临时钢栈桥结构的基础就选用主体结构的工程桩,如图 2 所示。底部钢柱需插入到桩基内至少 3 000mm深,能够确保钢柱与桩基的变形一致性
16、。钢栈桥上部结构通过纵向以及横向的斜撑来形成整体桁架27第 53 卷 第 6 期黄中营,等.北京工人体育场施工用钢栈桥设计与监测结构,确保了钢栈桥整体的刚度足够大,下部钢柱与工程桩采用刚性连接。图 2 钢构柱子插入桩基结点因钢栈桥钢骨柱需下插到桩内,原设计桩的直径不满足柱截面下插的尺寸要求,将 原 设 计 桩 直 径 由600mm 改为 1 000mm,调整相应配筋及构造,调整后桩内钢筋笼净距满足钢骨柱下插构造要求。其中,钢栈桥钢骨柱总共涉及到 64 根桩,其中 H1 型桩有 14 根,全部为原设计 H1 型工程桩改变直径和配筋;H2 型桩有 14 根,全部为原设计 H2 型工程桩改变直径;H3 型桩有 36 根,其中 16 根为新增桩,20 根为原设计 H3 型工程桩改变直径。4关键安装技术 整体计划采用流水式作业,根据现场情况计划由场馆中心由南向北按顺序安装。安装流程图见图 3。图 3 安装流程4.1 首段钢柱安装 根据现场实际情况,采用汽车吊进行安装。由于首段钢柱下插至桩基础内 3 000mm,下部无定位锚栓,为保证平面尺寸及标高定位,需现场抄测桩孔外地坪标高并设置垫板,依据实测
