上海世博浦西綜藝大廳，原為江南造船廠部件焊工場，屋面為單層孔間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，正方四角錐鋼網(wǎng)架屋面，采用螺栓球節(jié)點(diǎn)。在改建過程中，因屋面結(jié)構(gòu)支撐體系改變，原網(wǎng)架桿件不能滿足承載力要求，需進(jìn)行加固。針對受拉及受壓桿件的不同受力特征，分別提出了“黏接型套管”及“無黏接型約束套管”兩種不同加固方案，提高了桿件的抗拉及受壓屈曲承載力，滿足了設(shè)計(jì)要求，也避免了鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)加固中的焊接作業(yè)，從而有效消除了焊接應(yīng)力的影響以及焊接過程中鋼管高溫軟化可能導(dǎo)致的非預(yù)期破壞，并大大縮短了施工作業(yè)時(shí)間，取得了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

    上海世博浦西場館綜藝大廳，原為江南造船廠西區(qū)加工工場，為開敞式單層鋼排架廠房結(jié)構(gòu)，屋面為單層空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在世博場館改造過程中，為滿足主舞臺(tái)的影音視覺效果，需將原廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行托梁抽柱，同時(shí)屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也需根據(jù)受力情況，進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)加固。該網(wǎng)架為錐形平板式單層網(wǎng)架，支點(diǎn)距為6m，跨度為33m，高度為2.5m，網(wǎng)架上、下弦桿長各3m。

    根據(jù)整體分析計(jì)算結(jié)果，該網(wǎng)架部分拉、壓桿及部分腹板承載力不足。其中，拉桿主要由受拉屈服荷載控制，壓桿及腹板主要由壓桿穩(wěn)定控制。因此，加固需針對不同構(gòu)件類型，提高其受拉及受壓承載力。

1加固方案優(yōu)選

    根據(jù)以往工程實(shí)踐，空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的加固工程先例較少，無類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可供參考。同時(shí)，由于網(wǎng)架多為輕型管件，加固施工禁忌較多，尤其避違在加固施工中進(jìn)行焊接施工，因此，在加固方案的選擇上，我們綜合了理論及試驗(yàn)分析的結(jié)果，采取外包鋼管加固形式，并根據(jù)拉桿及壓桿的不同受力特征，主要采取黏接型與無黏接約束型兩種加固方式。

    黏結(jié)型套管主要適用于受拉桿件，通過新增套管與原桿件截面的共同受力作用，來提高其受拉承載力。在端部球節(jié)處，則采用焊接勁板，將桿件拉力從外套桿件平滑傳遞至球節(jié)點(diǎn)。

    無黏結(jié)型約束套管，則主要用于受壓桿失穩(wěn)屈曲的加固。其作用機(jī)制為，當(dāng)內(nèi)部桿件發(fā)生受壓屈曲失穩(wěn)時(shí)，由外部套管為其提供附加約束，阻止其進(jìn)一步的失穩(wěn)變形，從而提高其受壓承載力。由于外部套管不直接參與桿件的受壓作用，因此內(nèi)外桿件間需通過黏接來共同工作。

無黏結(jié)型約束套管加固方案在國內(nèi)應(yīng)用不多，因此本項(xiàng)目在實(shí)施過程中，綜合了理論計(jì)算的研究成果，是科技創(chuàng)新在世博中的又一次成功應(yīng)用。

2拉、壓桿加固模型分析

    根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力特征，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的拉壓桿均為理想的二力桿模型，可根據(jù)整體分析結(jié)果，確定所需得加固桿件及相應(yīng)的承載能力。本工程中，網(wǎng)架桿件尺寸主要有下述幾種規(guī)格：

2.1受拉桿件

受拉桿件為二力桿，因此加固計(jì)算相對簡單，僅需通過增加拉桿截面面積，即可有效提高其抗拉承載力。在方案實(shí)施上，則需考慮下述四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）       外部套管的安裝；外部套管的安裝，則通過將整鋼管一部為二，呈兩個(gè)半鋼管，然后再將其通過環(huán)箍將其固定于原有桿件上，從而實(shí)現(xiàn)套管的安裝。

（2）       與原有桿件的共同工作；為實(shí)現(xiàn)其與原桿件的共同工作，新增套管與原桿件間通過環(huán)氧樹脂壓力灌注，實(shí)現(xiàn)有效粘接，從而在受拉荷載作用下能共同工作。

（3）       新增桿件截面能有效傳力至球節(jié)點(diǎn)；在桿件端部，則通過將外部套管與球節(jié)點(diǎn)間焊接連接，從而實(shí)現(xiàn)桿件受力的有效專遞。

（4）       保證桿件的軸心受力；為保證后加套管與原桿件同軸受力，在外加套管端部設(shè)置各設(shè)置兩個(gè)安裝螺栓，通過調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)與原桿件的同軸定位。

2.2受壓桿件

    受壓桿件由于失穩(wěn)破壞影響，承載力主要由穩(wěn)定控制。

    因此加固以提高受壓桿穩(wěn)定承載力為主。提高穩(wěn)定承載力主要有兩種途徑，一是增大受壓桿截面，提高截面慣性矩，從而提高截面有效受壓承載力；另一途徑是對現(xiàn)有桿件提供附加約束，從而提高桿件的失穩(wěn)屈曲壓應(yīng)力水平，從而提高桿件的失穩(wěn)承載力。相對前一方案，后一方案加固施工更為便捷，材料利用效率更高，經(jīng)濟(jì)性更好。

3加固施工步驟

根據(jù)上述加固方案，網(wǎng)架加固施工主要步驟如下：對粘接型套管加固方案（拉桿），為

①     原桿件的表面除銹處理

②     安裝套管，并臨時(shí)固定（通過設(shè)置4個(gè)定位螺絲，保證套筒軸線與原桿件軸線一致）

③     緊固件的安裝并施加相應(yīng)的緊固力

④     新增套管接縫處環(huán)氧膠泥封閉

⑤     套管內(nèi)環(huán)氧樹脂壓力灌注

⑥     桿件表面防腐處理

    對無黏接約束套管加固方案（壓桿），則取消套管接縫處得環(huán)氧膠泥封閉及后續(xù)的環(huán)氧樹脂壓力封閉，取而代之的是在安裝套管時(shí)在原鋼管外側(cè)纏繞一層軟塑料膜。讓內(nèi)外桿表觀接觸即可。

4結(jié)語

    對網(wǎng)架桿件加固在工程中遇到較少，實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)不多。本文立足于上海世博場館工程，針對受拉及受壓桿件的不同受力特征，分別提出了“粘接型套管”及“無黏接型約束套管”兩種不同加固方案，有效提高了桿件的抗拉及受壓屈曲承載力。

    本次網(wǎng)架加固后，相關(guān)單位采用BOTOA光纖傳感技術(shù)，對加固桿件在“托梁抽柱”施工中的應(yīng)力變進(jìn)行了實(shí)時(shí)健康監(jiān)測。結(jié)果表明，所有加固桿件，其實(shí)測有效應(yīng)力水平均小于理論計(jì)算值，滿足安全要求，有效實(shí)現(xiàn)了加固預(yù)期效果，為“托梁抽柱”施工的圓滿完成

堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

    本文提出的針對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)拉、壓桿的有黏結(jié)及無黏接型約束外套加固方案，降低了施工難度，縮短了施工時(shí)間，為上海世博工程創(chuàng)造了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對其它類似工程的加固也提供了重要參考的價(jià)值，積累了施工經(jīng)驗(yàn)，值得推廣。

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