高空大悬挑结构在施工过程中, 常见做法是在悬挑结构下部设置临时支撑或胎架, 待大悬挑结构整个空间受力体系形成并达到设计要求后再整体卸载^[1,2,3]。临时支撑的拆除是主体结构和临时支撑缓慢脱离的一个复杂的力学过程, 涉及内力重分配, 是个非线性过程^[4]。在此过程中, 临时支撑与主体结构从完全接触逐渐转变为完全脱离, 荷载也由支撑承担缓慢转化为自身承担。为保证卸载过程中的结构安全, 在实际卸载施工前, 需要对卸载过程进行合理准确的数值模拟, 对于内含劲性混凝土构件的高空大悬挑结构, 卸载过程中既要保证受力体系内力重分布时的平稳过渡, 也要满足钢骨混凝土构件内部混凝土与型钢的变形协调;否则容易出现过大变形导致结构构件破坏, 或者出现明显裂缝而不满足耐久性及使用功能的要求。

本文以南宁万科大厦在建高层A区大悬挑结构为背景, 根据数值模拟分析结果确定卸载初始压力, 采取以压力控制为主位移控制为辅的分级同步卸载, 成功完成临时支撑的卸荷。

研究对象为结构大悬挑部位, 当前结构施工至8层, 内钢管支撑架已经拆除, 大悬挑结构及上部荷载由临时立柱拉梁体系及结构自身共同承担, 如图1所示。

按设计要求, 施工至8层后, 所有荷载均需由结构自身承担, 转化为设计工况, 即需要拆除临时立柱和拉梁。根据卸载方案, 大悬挑位置设置6个临时支撑, 根据实际设备配置, 每个点采用1个540t的千斤顶, 采用液压顶升系统对全部千斤顶进行集群监控作业, 千斤顶平面布置如图2所示。

卸载思路为:首先由数值模拟分析得出各卸载点支反力, 千斤顶根据该支反力进行逐级加载直至卸载反力值, 再割除钢临时立柱, 此时荷载完全转移至千斤顶, 读取压力传感器数值并进行换算, 得到千斤顶的初始压力实际值;随后分级同步卸载, 卸载过程以压力控制为主、位移控制为辅。

借助MIDAS/Gen 有限元分析软件进行全过程施工模拟, 包括结构及临时支撑的建立直至最终的支撑卸载。考虑结构自重及8层结构外防护架荷载及材料时间依存^[5,6]的影响, 待割除钢临时立柱的前一阶段变形稳定后, 在临时立柱上部结构连接点增加竖向支座模拟千斤顶的支撑作用, 并读取此时的支座反力, 作为实际卸载施工时施加于千斤顶的理论卸载压力。

有限元计算模型如图3所示, 此时模型中钢临时立柱已割除。

计算得出各支座反力如图4所示。

模型分10个阶段进行卸载, 以压力控制为主, 在每个阶段每个顶升点内压力下降≤10%。计算时均步减少支座反力, 各点各阶段对应的支座反力及竖向位移量分别如图5, 6所示。

卸载完成后, 各点最终竖向位移量如表1所示。

液压顶升系统主要由液压千斤顶、液压泵源系统、数据传感系统及计算机控制系统组成。本工程主要采用以下2种传感器进行工作:①在千斤顶上安装压力传感器, 得到单台提升器的工作压力数据反馈;②在千斤顶上安装位移传感器, 得到单台千斤顶的位移数据反馈。计算机控制系统则采用行程及位移传感监测和计算机控制, 通过数据反馈和控制指令传递, 可全自动实现同步动作。

1) 卸载设备安装, 千斤顶就位。

2) 千斤顶预顶紧, 顶至千斤顶顶面与梁底紧密接触, 分级加载至压力理论值, 锁紧油泵, 确保拆除柱顶支墩时千斤顶油缸不回油。

读取压力传感器读数并进行计算机换算, 得到千斤顶卸载的初始压力。各千斤顶实测的初始压力如表2所示。

其与数值模拟计算的初始压力对比如图7所示。

3) 柱顶临时立柱采用火焰切割割除。割除后悬挑结构端部荷载由柱顶支墩转移至千斤顶。

现场实施时, 整个卸载过程也分为10个阶段, 以压力控制为主, 每个顶升点在每个阶段内压力下降≤10%。

每个阶段卸载过程又分为若干次, 以位移控制为主, 每个顶升点每次位移下降≤1mm, 确保上部结构安全。

以上卸载过程中, 每个阶段时间间隔≥1h, 每个阶段内的压力和位移由计算机控制 (超差报警, 自动截止) , 动态调整。

卸载完成后各点的最终位移量如表3所示。

其与数值模拟计算的最终卸载位移对比如图8所示。

由图8可知, 理论值大于实测值, 误差在10%以内。符合工程精度要求。究其原因:①数值模型中的楼板刚度、节点刚度未能真正体现实际的结构刚度;②卸载过程涉及材料、几何、边界等各种非线性因素, 数值模拟无法完全考虑。总体而言, 整体卸载过程安全可控, 经现场检测, 悬挑结构主要构件变形都满足设计要求, 构件跨中挠度最大为23mm, 满足规范要求^[7]。

本文对南宁万科大厦大悬挑结构临时支撑卸 载进行探讨。对比卸载前初始压力及卸载后位移的计算值与实测值, 结果表明, 两者基本符合, 计算值大于实测值, 考虑数值模型的简化及现场卸载实施关联因素的复杂性, 两者误差在允许范围内。通过卸载后的现场监测, 大悬挑主要构件变形均满足设计要求, 整体结构反映良好。本文讨论的卸载方法原理简单、过程清晰、结果合理。