浅谈大跨度钢结构挠度超限的修复技术

浅谈大跨度钢结构挠度超限的修复技术
摘要:当大跨度钢结构在服役期间，由于跨度大、承载重及安装缺陷等原因，造成钢结构挠度超限。

在承压情况下进行有效的修复处理，选择合适的技术方案
十分重要。

文章简要论述了在马来西亚RAPID P14钢结构工程施工中，采用整体
顶升的技术方法对挠度超限进行了修复处理。

关键字：大跨度钢结构挠度超限修复
正文:随着经济和工业的发展，大跨度钢结构在工业工程中的作用也越来越
显著。

在20世纪后期，由于大跨度钢结构其本身易于工厂化生产，可现场装配，整体吊装，安装效率高、场地要求低、能重复利用等特点，所以越来越多的工业
工程优先选用大跨度的钢结构。

但是在大跨度钢结构上方通常铺设管道及电缆，
由于其跨度大、承载重、安装缺陷等原因，造成了钢结构出现挠度变形的现象。

而当出现挠度超限时，如何在保护好在役管线的情况下，进行有效的修复处理是
个技术难题。

文章通过对马来西亚RAPID工程6900-RCK-K070钢结构挠度修复处
理时，创新采用了整体顶升的方法，避免了需要对钢结构及其上方的在役管线进
行切割和拆卸。

1 工程概况
马来西亚RAPID 工程是马来西亚国家石油公司在新山市pengergang投资建
设的一个石油化工工程，其供给能力能满足马来西亚及亚洲能源和化工的需要。

我公司承建了P14包工程，其中钢结构工程约7000余吨。

大部分的钢结构都为
跨河钢结构，而且也是工艺管网及工程电缆建成所需的必经路由。

而进行挠度修
复处理的6900-RCK-K070钢结构，则是位于P14包806单元的6900-04区，其结
构形式如下图1：
图1 钢结构3D模型图
2 施工方案的选择
2.1 钢结构挠度超限的情况及原因分析
2.1.1钢结构超差情况
（1）现场6900-RCK-K070钢结构其扰度超差的变形情况见下图2、3：
图2 钢结构挠度变形
图3 钢结构挠度变形
（2）经现场实际测量其扰度偏差值最大为125mm,下列是现场测量挠度偏差的数据报告（见图4）:
图4 钢结构横梁（上表面）标高测量值
2.1.2产生扰度超限的原因分析
此钢结构挠度超限的原因可能存在以下原因：
（1）钢结构承载重量重。

钢结构总跨度35.15m,宽度5m，高度2.5m，其自
身重量约18吨。

另外其结构上方布置的管线及电缆等，所以承重较重，经现场
实际测量,其实际挠度偏差达到125mm。

因钢结构管道及电缆桥架和电缆铺设完成后，为方便施工操作，在建设期间又在钢结构自身上搭设了满堂红脚手架，所以
增加了钢结构其承载的重量。

（2）因现场安装时，部分高强度螺栓紧固力未达到相关要求。

（3）钢结构安装前反弓变形量预留不足，导致钢结构承载重量后造成垂直
方向的承重变形超限。

2.2 钢结构挠度修复处理的难点
2.2.1 工期紧
因工程进度的原因，计划用45天进行挠度修复处理。

其涵盖的内容有：管
线及电缆的处理及恢复，脚手架的搭设，钢结构的修复等工作，所以工期较紧张。

2.2.2 修复施工难度大
（1）钢结构挠度偏差较大，最大超差为125mm。

（2）现场环境限制，修复施工难度较大。

因现场横跨30多米长的河流，修复工作需要拆除钢结构上方原有的脚手架，并需要从河底重新搭设脚手架及操作平台。

另外因目前现场管线及电缆已施工完成，且部分管线已投用，所以还需综合考虑技术措施，满足工程实际情况。

2.2.3 施工季节雨水多
因进入马来西亚雨季，还应结合工作内容统筹考虑施工工期，以满足修复施工需求。

2.3 施工方法的选择与对比
2.3.1 采用分片拆除及组装法
如采用传统分片拆除及组装法进行处理，需先将管线进行分段切割拆除，然后拆除钢结构，调直后再进行钢结构装配，最后恢复管线及配套电缆桥架。

其方案十分复杂，施工难度大，且施工经济成本高、周期长。

2.3.2 采用底梁顶升法
如采用千斤顶直接顶升底梁，矫正钢结构的挠度变形，这样可能会引起钢结构塑性变形，造成钢结构崩塌失效的风险。

2.3.3 采用整体顶升法
采用整体顶升的方法，即通过承重柱对钢结构整体进行顶升，当底层梁达到预定标高后，用临时支撑管支撑后，再松开横梁上的连接立拉筋，通过梁自重下垂的办法，从而达到矫正钢结构挠度变形的目的。

此法避免了钢结构及上方管线的拆卸和重新组焊。

修复效果好，工效高，且不影响工程投产运营。

结合施工修复处理的难点，并通过上述三种施工方法的对比，决定创新采用整体顶升法，进行钢结构挠度修复处理。

3 施工技术措施
3.1 施工组织
采用整体顶升法进行挠度修复处理时，因涉及到预制量较大、工序较多、多
工种人员协同作业，故在施工时，需合理进行人员分配、统筹安排、科学组织，
方可提高功效，避免窝工现象。

挠度修复施工，安排了一个施工班组。

当雨季时，在预制场内进行临时管支撑的切割和预制作业。

当非雨季时，在现场进行管线临
时支撑和顶升支撑等准备及修复工作。

3.2 施工人员配置
主要的工作量有：脚手架搭设、钢结构的临时支撑管的预制和焊接，在役管
线支撑及钢结构顶升后期的螺栓拆卸及紧固。

所以配置测量工、铆工、焊工、气
焊工、起重工、电工各1名，力工2名、架子工4名。

3.3 施工机具配置
主要涉及施工设备的工作有：临时措施料预制、焊接及倒运，在役管线的临
时支撑，钢结构水平测量。

所以配置20T的卡背吊、25T吊车、柴油电焊机、8T
倒链、水准仪各一台，50T千斤顶4个。

3.4 施工技措用料需求
主要的技措用料有：连接拉梁、在役管线支撑、钢结构底梁支撑、千斤顶支
撑等。

材料需求DN300的钢管40米，200H型钢10米，150H型钢12米，100H型
钢4.8米，25mm厚钢板16平米。

4 施工工序
4.1 底梁临时支撑管下料
用水准仪测量现场钢结构底梁和河底标高，并基于此数据切割下料DN300的
临时支撑管。

4.2 支撑在役管线
因6900-RCK-K070钢结构为在役钢结构，在修复时应注意保护好钢结构上方
的管线和电缆桥架。

所以在挠度修复处理前，使用150的H型钢做临时支撑，将
其上方的管线脱离钢结构，另外松开电缆桥架连接螺栓，避免因给钢结构承载额外重量，而造成钢结构失效。

4.3 焊接拉梁及千斤顶支撑
4.3.1 因采用整体顶升法进行挠度修复处理，所以为确保此钢结构的结构稳定性，所以焊接200的H型钢作为拉梁，连接钢结构的承重柱。

4.3.2 根据立柱侧面尺寸，用25mm的钢板自制H型钢（见图5、6），现场制作情况如下:
图6 现场千斤顶支撑顶升图
图5 钢结构整体顶升示意图
图6 千斤顶支撑示意图
4.4 安装定位挡块
为避免钢结构顶升后移位，所以在南北方向上安装临时挡块。

4.5 整体顶升钢结构
拆除地脚螺栓螺帽。

根据以往施工经验得出的钢结构的变形量，将采用反变形法使底梁反向弯曲20mm，再加上其自身变形量125mm，所以用千斤顶缓慢提升钢结构200mm高，在顶升过程中使用水准仪观察，确保两侧结构平稳提升。

用直
径为DN300mm的管做临时支撑（见图8、9）。

在管口上下用25mm厚度的封口板做封堵（见图7）。

（如有必要，可在临时管支撑旁设斜撑）
图9 现场结构支撑管
图8 钢结构支撑管简图
图7 支撑管封口板尺寸图
4.6 支撑钢结构底梁
在钢结构底梁下方安装支撑管，底梁底部标高设置如下图10（此标高应根据现场情况，并保钢结构下层梁保持反弓变形），并缓慢降低千斤顶，确保每根柱顶与保持与钢结构底梁紧密接触。

支撑标高
支撑标高
支撑标高
支撑标高
支撑标高
图10 现场结构支撑管标高示意图
4.7 钢结构挠度修复
4.7.1松开钢结构连接件上的螺母，并保持螺栓始终在螺栓孔内。

利用上、下横梁的自重空间平衡法，使横梁恢复挠度。

开始进行修复工作，并时刻注意外观检查，确保构件无损坏或变形。

4.7.2 经现场检查钢结构无异常，重新拧紧螺母。

如螺栓有损坏，应及时更换。

4.7.3 在重新紧固钢结构连接件的螺母后。

用千斤顶整体提升钢结构，撤去临时支撑管。

然后降低钢结构，复位回基础地脚螺栓内。

4.8 钢结构挠度核查
4.8.1 利用水准仪核查钢结构的横梁的水平度，现场标高满足要求后进行下一步。

4.8.2 水平度合格后，撤去管线及电缆桥架的临时支撑，恢复管线及电缆桥架等。

4.8.3 再次测量横梁水平度，满足要求后，此次修复工作完成。

5 安全和质量要求
5.1 安全方面
5.1.1 高空作业及吊装作业等所有施工将严格遵守RAPID项目的场区安全管理规定，杜绝赶工而忽视安全现象的发生。

5.1.2 所有的机械及工具使用状态良好，并能满足现场施工要求。

5.1.2 项目部安全员在钢结构挠度修复期间，严格按照批准的专项挠度修复
方案进行安全监测和监督检查。

5.2 质量方面
5.2.1 项目部钢结构质量检查员将专项负责钢结构修复期间的质量管理事项。

5.2.2 每步的施工工序，都将严格按照批准的施工方案文件控制施工质量。

5.2.3 所有的螺栓紧固后，都将采用力矩扳手进行力矩校验。

6 应用效果
通过钢结构整体顶升法，进行挠度修复处理，使钢结构的挠度变形达到了工
程要求，取得了良好的修复效果和预期的施工功效。

7 结束语
通过整体顶升的方法修复处理钢结构的挠度超限，此法避免了钢结构本身拆
除及重装作业，同时也避免了工程运营停产及上方在役管线的切割及重新焊接。

如通过上述方法，钢结构的挠度值仍不能满足要求。

在此情况下，还可考虑
将上下层横梁之间螺栓连接改变为焊接连接的方式，以避免由于螺栓连接，造成
结构挠度变形的现象。

其详细的焊点位置见下图11：
图11 钢结构焊接点示意图
参考文献：
1.
鲍广鉴，曾强《现代大跨度空间钢结构施工技术》第 6 页共 6 页。