摘要：考虑到大跨度双层柱面网壳结构在拆除时容易产生结构稳定性问题，因此须重视拆除工艺的安全性和科学性。以某火力发电厂干煤棚拆除过程为例，在干煤棚网架拆除前，通过建立分析模型，采用有限元软件模拟网架拆除过程，获取网架各阶段应力和位移数据。当越来越多的网架单元被拆除，网架纵向刚度越来越弱，应力比和位移呈现增加趋势，最后一个网架单元在拆除前处于不安全状态，结构自身安全问题凸显出来。依据计算结果，对具有失稳风险的拆除单元提前采取了临时加固措施。监测结果表明，整个拆除过程安全可控，拆除工程顺利完成。同时结合杆件应力和网架最大位移点分布分析指出，网架拆除过程中采用吊机将后续拆除区块进行了吊挂，网架结构控制性应力比和位移与拆除区域非强相关。

　　关键词：大跨度；柱面网壳；干煤棚；拆除施工；过程分析

　　0引言

　　近年来，随着我国电力事业的蓬勃发展，基于环保要求和建设用地的严格控制，煤炭的散堆方式逐渐被封闭储装方式所取代，因此干煤棚得到了广泛的应用。与此同时，国内一些火力发电厂干煤棚服役期较长，亟需对此类构筑物进行升级改造，以适应后续电力生产要求。当前，我国火力发电厂干煤棚大多采用大跨度双层柱面网壳结构，考虑到其在拆除时容易产生安全风险，因此须重视拆除工艺的科学性。目前，针对大型网架拆除研究已经取得了一些研究成果。王明谦等以上海体育馆为例，采用有限元软件ABAQUS建立精细化有限元分析模型，通过生死单元法模拟杆件的拆除过程，根据计算结果揭示网架结构中各杆件应力和竖向挠度的变化规律。张建刚等利用Midas Gen和3D3S软件对海螺广场屋面双层网壳结构体系进行稳定性能分析，分别给出了线性特征根屈曲分析、几何非线性屈曲分析以及连续倒塌分析结果。陈振明等采用数值模拟ABAQUS隐式动力分析的方法对常见的平面桁架系网架和角锥系网架进行拆除倒塌研究，并通过试验和深圳体育馆屋盖网架的实际拆除倒塌情况与数值模拟结果进行对比，验证了数值模拟的准确性。阮新伟等对首钢高强度机械制造用钢生产线主厂房平面网架拆除过程的结构受力状态进行分析计算，以确定拆除的顺序拆除的方法拆除过程中需采用的临时支撑设置。

　　上述研究内容较少涉及大跨度双层柱面网壳拆除工艺及其安全性保证研究。影响网壳拆除过程中的结构安全的因素众多，如何确定众多影响因素中的关键影响因素是本文研究的重点。本文以某火力发电厂干煤棚网壳的拆除过程为例，开展了有限元模拟分析。采用有限元软件3D3S建立有限元分析模型，模拟网架拆除过程，根据计算结果采取相应的技术措施，确保工程结构安全。

　　1工程概况

　　某火力发电厂干煤棚采用柱面正放四角锥螺栓球网壳结构，外形尺寸如图1~2所示，网壳长度为90 m,跨度为75 m,厚度为2.8 m,矢高为25.8 m。网壳采用上弦对边支承，支承在砼柱上，柱距为7.5 m。按上弦展开面积计算，网壳面积合计9180 m2,每平方米折合质量为35.5 kg。柱面双层网壳具有壳体结构和杆系结构的优点，传力路径简捷明了，荷载可直接沿弧线传递给基础，结构平面内刚度较大，平面外刚度依靠多跨连续结构来保证。随着网架单元不断被拆除，网架平面外刚度存在不断被削弱的问题，需要及时采取安全技术措施保证其结构稳定。

　　该干煤棚服役将近20年，网架杆件、螺栓球、套筒和螺栓均存在不同程度锈蚀，且螺栓拧松困难，拆除时采用火焰切割。

　　2拆除方案

　　如图3所示，网架每1 5个柱距划分为一个拆除单元，共分为8个拆除单元。网架按#1#8拆除单元顺序拆除，从#1拆除单元开始拆除，每个拆除单元分7个区块，区块为对称布置。

　　拆除#1~#7拆除单元#1区块时，采用80 t汽车吊吊挂好#1区块，同时用2台50 t汽车吊分别吊挂好#2、#3区块，采用火焰切割网架杆件，将#1区块拆除。拆除#2区块时，采用2台50 t汽车吊分别吊挂好#2、#4区块，并将#2区块拆除。同理，同时将#3区块拆除。以此类推，将#5~#7区块拆除。拆除#8拆除单元时，由于无相邻网架的支撑作用，该单元网架质量只能由自身支座和吊机承担，因此所有吊机均采用80 t汽车吊，拆除方法同#1~#7拆除单元。

　　采用曲臂升降车将施工人员运送至工作面，所有高处作业人员均配备五点式双钩安全带，施工人员在网架上行走时，必须保证双钩都挂在网架上。施工人员从一个网格跨越到另外一个网格时，安全带必须保证有一个钩挂在杆件上。氧气、乙炔气瓶均放置在地面上。切割网架之前，按前述要求将区块网架用吊装钢丝绳拴牢并悬挂在汽车吊吊钩上，并张紧钢丝绳，然后才可以进行切割，注意应将螺栓球保留在剩下的网架上。切割时用气割枪在靠近螺栓球位置将杆件切断，与轴线成45°~60°角度进行切割，保证杆件切断后，拆除区块网架杆件成自然下垂趋势，可避免杆件切口之间产生挤压发生冲击，确保施工人员安全。将拆除的区块网架吊装至地面，再进行二次拆解，把杆件和螺栓球进行分离，并分别存放和包装。

　　3网架拆除过程分析

　　采用3D3S Design 2023.1软件对拆除过程中网架进行结构计算，综合考虑网架现有屋面荷载、施工荷载和当地50年一遇基本风压，取恒荷载0.1 kN/m2、施工活荷载0.2 kN/m2、基本风压0.4 kN/m2,面荷载双向导至球节点上。考虑到分析结果与后期监测数据更具对比性，各类荷载的分项系数均取值1.0。

　　3.1#1拆除单元#1区块拆除过程分析

　　拆除#1拆除单元#1区块时，80 t汽车吊吊挂#1区块进行拆除，两侧#2、#3区块分别采用1台50 t汽车吊吊挂好。由于#1区块拆除后网架处于此阶段结构受力最不利状态，因此选取此状态进行分析。此时网架支座维持原有状态，而#2、#3区块均采用汽车吊悬挂，相当于增设了2个临时铰支座，该铰支座位置其实就是起重机械的吊钩位置,网架模型如图3所示，支座信息如表1所示。

　　将荷载组合后进行分析，计算结果分别如图4、图5和表2所示。由上述图表可知，杆件最大应力比为0.394,节点竖向最大位移为30.3 mm（位移跨度比为0.41‰),因此网架结构在拆除过程中处于安全状态。

　　3.2#1拆除单元#2~#7区块拆除过程分析

　　同理分析#2~#3区块、#4~#5区块、#6~#7区块拆除过程，杆件最大应力比和位移如表3所示。

　　根据计算结果分析可知，在拆除该单元网架过程中最大应力比及节点最大位移变化不大。由于拆除过程中采用吊机将后续拆除区块进行了吊挂，因此结构控制性应力比和位移与拆除区域非强相关（最大应力比杆件和最大位移点与拆除区域无紧密相关）。

　　3.3#2~#7拆除单元拆除过程分析

　　同理对#2~#7拆除单元的拆除过程进行分析，可知网架结构在#7拆除单元#6、#7区块拆除前一直处于安全状态。但当#7拆除单元全部拆除完成后，由于剩余的#8拆除单元纵向刚度较差，主要在风荷载作用下部分杆件应力值超标和网架位移较大，详情如表4所示。

　　3.4#8拆除单元拆除过程分析

　　根据上述分析结果，本工程采用缆风绳对#8拆除单元网架进行临时加固，且应在#7拆除单元#4~#5区块拆除后立即设置缆风绳。建立网架模型如图6所示，支座信息如表5所示，将缆风绳定义为受拉单元。

　　对#8拆除单元拆除前进行分析，杆件最大应力比和网架节点最大位移如表6所示，通过增设缆风绳拆除过程中网架结构处于安全状态。4根缆风绳承受最大拉力为20.4 kN。

　　4实施效果分析

　　网架从#1拆除单元开始进行拆除，严格执行拆除方案，图7为#4拆除单元拆除现场图片。根据网架拆除模拟计算结果，须提前采用缆风绳对#8拆除单元网架进行临时加固，因此当#7单元#1~#5区块拆除完以后，立即在#8拆除单元网架两侧布置2组缆风绳（配3t手拉葫芦），缆风绳拴在原有的斗轮机基础上，确保了#8拆除单元网架结构稳定，顺利完成了拆除工作。施工中对网架最大位移点和最大应力杆件进行了监测，列出安全风险最大时(#7拆除单元拆除时）的网架最大应力比及节点最大位移监测数据（表7),对比表4、表6可知，监测数据均未超过模拟分析结果。结构计算时，网架施工活荷载和基本风压分别取值0.2 kN/m2和0.4 kN/m2,为了减少对比误差，施工活荷载和基本风压分项系数均取值1.0。实际拆除作业时，施工活荷载在网架局部区域会达到设计标准值，但在整个网架区域明显偏小。且施工期间测得施工场地最大风速未21 m/s（折合风压0.276 4 kN/m2),没有超过设计值，因此监测数据偏小主要与活荷载和风荷载有关。

　　5结束语

　　干煤棚网架拆除前，通过建立计算模型，采用有限元软件按拟定方案模拟网架拆除过程，获取网架各阶段应力和位移数据。拆除过程中，当越来越多的网架单元被拆除，网架纵向刚度越来越弱，应力比和位移呈现增加趋势。随着网架单元不断被拆除，结构自身安全问题凸显出来，因此需要重点关注最后几个拆除单元网架稳定性问题，且应依据模拟分析结果进行加固。由于本文拆除方案在网架拆除过程中采用吊机将后续拆除区块进行了吊挂，因此网架结构控制性应力比和位移与拆除区域非强相关。

　　通过对比发现，网架最大应力比及节点最大位移监测数据比理论数据小，分析认为主要与活荷载和风荷载有关。当然，该干煤棚服役将近20年，锈蚀会造成网架最大应力比及节点最大位移数据偏大。在本文拆除工程中，由于没有对网架锈蚀情况进行检测，因此结构计算时没有考虑该不利影响。建议今后在类似的钢结构拆除工程中，应考虑钢结构锈蚀情况对结构安全的影响，才能更科学全面地防范施工安全风险。

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