某S形大跨空间桁架吊装施工全过程仿真与监测研究.pdf

建筑与土木工程某 S 形大跨空间桁架吊装施工全过程仿真与监测研究袁巍，靳壮壮，刘洋（中铁五局集团建筑工程有限责任公司,贵州贵阳550081）摘要：既有地铁车站的改扩建通常需要在保持运营不中断的前提下，上盖大跨度空间钢结构，其施工安装技术特别复杂。本文结合深圳某地铁站改扩建工程，针对跨度为 88.7m 的 S 形空间桁架，利用有限元分析软件 ABAQUS 模拟分段吊装全过程。通过对各个吊装方案对应的桁架结构应力分布和变形特点进行分析并结合实际施工需求，从三段吊装、整体吊装和均分两段吊装 3 种吊装方案中选出三段吊装为最优吊装方案。基于 ABAQUS 分析吊点布置对三角段和中间梁段结构的影响，确定了三段吊装方案的科学性和可行性，并进一步对三段吊装的吊点布置方式进行优化。实际监测的应力应变数据与数值模拟结果基本吻合，预测精度分别为 1.117(平均值)和 0.153(离散度)，这表明数值模拟可以有效地预测实际施工中的情况。关键词：钢结构；空间桁架；吊装；数值模拟；全过程仿真中图分类号：TU758文献标志码：A文章编号：1673159X(2024)02007709doi：10.12198/j.issn.1673159X.5320SimulationandMonitoringResearchonEntireProcessofHoistingConstructionofaS-ShapedSpatialTrussYUANWei，JINZhuangzhuang，LIUYang（China Railway Fifth Group Construction Engineering Co.,Ltd.,Guiyang 550081 China）Abstract:Thereconstructionandexpansionofexistingsubwaystationsusuallyneedtocoverlarge-spanspacesteelstructuresonthepremiseofuninterruptedoperation,anditsconstructionandinstallationtechnologyisparticularlycomplicated.BasedontherenovationandexpansionprojectofasubwaystationinShenzhen,thispaperusesthefiniteelementanalysissoftwareABAQUStosimulatethewholeprocessofsectionhoistingfortheS-shapedspacetrusswithaspanof88.7m.Byanalyzingthestressdistributionanddeformationcharacteristicsofthetrussstructurecorrespondingtoeachhoistingschemeandcombiningwiththeactualconstructionrequirements,theoptimalhoistingschemeisselectedfromthreehoistingschemes.Basedontheanalysisoftheinfluenceofliftingpointarrangementonthestructureoftrianglesectionand收稿日期：20231202基金项目：贵州省科技支撑计划项目（黔科合支撑 2021 一般 358）。第一作者：袁巍（1986），男，高级工程师，主要研究方向为建筑空间大跨结构施工技术。ORCID：0009000783790034E-mail：引用格式：袁巍，靳壮壮，刘洋.某 S 形大跨空间桁架吊装施工全过程仿真与监测研究J.西华大学学报（自然科学版），2024，43（2）：7785.YUANWei,JINZhuangzhuang,LIUYang.SimulationandMonitoringResearchonEntireProcessofHoistingConstructionofaS-ShapedSpatialTrussJ.JournalofXihuaUniversity（NaturalScienceEdition）,2024,43（2）:7785.第 43卷第 2 期西华大学学报（自然科学版）2024年3月Vol.43，No.2JournalofXihuaUniversity（NaturalScienceEdition）Mar.2024intermediatebeamsectionbyABAQUS,thescienceandfeasibilityofthethree-stageliftingschemeareconfirmed,andtheliftingpointarrangementofthethree-stageliftingisfurtheroptimized.Theactualmonit-oringstress-straindataisbasicallyconsistentwiththenumericalsimulationresults,andthepredictionac-curacyis1.117(averagevalue)and0.153(dispersiondegree),respectively,whichindicatesthatthenumeric-alsimulationcaneffectivelypredicttheactualconstructionsituation.Keywords:steelstructure；spatialtruss；hoisting；numericalsimulation；wholeprocesssimulation随着国民经济的快速发展，城市的交通越来越繁忙拥堵，尤其是大城市原有地铁车站难以满足日益增加的客流量需求，迫切需要对既有地铁车站进行改扩建，形成多条地铁线交会的交通枢纽。由于车站改扩建施工要求不影响原有结构功能和日常运营，因此，必须采用科学合理、技术可行的施工方案。方案最好既能确保原有地铁车站建筑功能和安全不受影响，又能满足项目的总体工期进度要求，以减少或隔断地铁扩建对既有运营地铁车站的影响1。刘鹏2为便于施工将大跨度空间桁架进行分段吊装，并对不同工况下结构的强度、稳定性和卸载后的挠度进行三维有限元模拟分析，最终确定吊装的最优方案。李刚等3为保证大跨度钢桁架安装精度，在安装过程中运用 3D 模拟预拼装技术，修正安装过程中的误差；王昕辰4基于 MIDAS 有限元软件，对拱形空间钢管桁架结构的静力反应及稳定性进行精细化数值模拟，得出关键部位的应力分布状况，可为该类结构设计及施工提供参考；李婷5基于 MIDAS/GEN 分析不同工况下空间桁架结构应力与应变的变化情况，并基于数值模拟的结果建立三级预警机制；Wang 等6研究了桁架在日照下的温度效应，并探讨了钢梁挠度与各种因素的相关性；基于 Wang 等6的研究方法，Chen 等7以西安丝绸之路国际会展中心标准馆屋顶作为研究对象，研究不均匀温度效应对空间桁架施工的影响，为空间桁架或类似结构的封闭施工提供有价值的参考；朱易举等8以贵阳奥体中心主体育场钢管桁架为例，通过针对性使用型钢组成灵活性强的拼装胎架，解决了每榀桁架都不相同的拼装胎架设置难题。上述研究为后续复杂空间钢结构的吊装施工提供了有价值的参考。基于前述研究成果，本文对深圳某扩建地铁枢纽站 S 形大跨空间桁架施工全过程开展研究。该新建大跨钢结构屋盖须在不中断地铁正常运营的前提下施工，同时，由于新建屋盖 S 形大跨空间桁架跨度较大，双向扭曲造型复杂，且施工工期短，导致该新建屋盖大跨主桁架施工安全风险大、精度要求高，须通过论证分析方可实施9。为解决该大跨主桁架施工技术难题，本文基于 ABAQUS 软件，通过精细化有限元数值方法10-12对主桁架施工方案进行全过程模拟研究，同时对比吊装过程实时监测数据，为 S 形大跨空间桁架的科学、安全吊装提供保障。1工程概况深圳地铁某枢纽站原为高架三层岛式车站，车站主体结构高度为 21m，宽度为 17.7m，长度为120m，结构形式为混凝土框架结构，雨棚为弧形钢架结构，如图 1(a)所示。为满足该线路与新建线路的换乘，需要对现有车站进行改造。以“湾区之舞”为设计理念，新建钢结构屋盖造型复杂，整体形态飘逸轻盈，如图 1(b)所示。新建钢屋盖的主桁架为 S 形双曲空间倒三角，如图 2 所示。构件呈两端小、中间大且双向扭曲的空间形状。设计水平投影长度为 88.7m，重约238t。构件采用圆钢管焊接连接，其中上弦杆为2 根（D56016),下弦杆为 1 根(D100040),腹杆有48 根（D35116)。下弦杆材质为 Q390GJC，上弦杆和腹杆材质为 Q390C。2S 形大跨空间桁架分段吊装方案分析2.1S 形大跨空间桁架有限元模型的建立S 形大跨空间桁架在吊装过程中，可能发生整体失稳破坏，或者杆件节点内部出现应力集中，最终部分杆件发生局部屈曲的现象。因此，必须制定科学合理的吊装方案，确保吊装过程的安全。78西华大学学报（自然科学版）2024年本文基于 ABAQUS 软件，分别对 S 形大跨空间桁架 3 种吊装方案全过程进行数值模拟，包括三段吊装、整体吊装和均分两段吊装，对比应力和变形趋势，从而确定科学合理的吊装方案。3 种吊装方案如图 3(图中红点位置即为吊点)。S 形大跨空间桁架中所有杆件均用梁单元建立，钢桁架采用 Q390 钢，该结构吊点采用全约束的边界条件，如图 3 所示(图中红点位置即为吊点)。并添加结构的重力，重力加速度为 9.8m/s2，结构在计算吊装荷载时需考虑动力系数，根据既有规范10，动力系数取 1.1。对构件进行精细化有限元模拟，网格划分为 100mm，结构的单元类型为B31。2.2吊装全过程中的受力分析根据有限元分析所得结果，导出结构的应力云图，如图 4 所示，分析结构在该吊装方式是否满足强度要求，图中红点位置为最大应力对应的点。研究发现，该结构在吊装时，采用方案一时结构应力最小，其中三角段最大应力出现在 4#吊点处，最大应力为 10.74MPa。中间梁段最大应力出现在 1#吊点位置，最大应力为 14.42MPa，均远低于 Q390 钢的容许应力值，指标满足要求，结构不会发生平面内失稳。2.3吊装过程中的变形分析结构位移计算结果如图 5 所示，对比各吊装方案，方案一的变形最小，优于其余方案。其中中间梁段的最大变形为 1.40mm，方向为自重方向(即U1方向)，其余方向变形均小于 1mm。三角段的最大变形为 U1=0.6mm，其余方向构件变形小于 0.1mm。构件在吊装过程中能保持稳定，并且该位移对整体结构的拼装影响较小。2.43 种吊装方案数值模拟结果对比将结构精细化有限元分析结果汇总于表 1。综合对比各吊装方案，研究发现方案一所采用的吊(a)原有地铁站(b)改扩建后的地铁站图1某地铁站改扩建前后对比图Fig.1Comparison of a subway station before and afterrenovationD560166045D56016腹杆 D35116桁架断面图D100040图2桁架结构示意图Fig.2Schematicdiagramoftrussstructure三角段1#1#1#1#2#3#4#2#3#4#8#7#6#5#5#2#4#6#3#3#2#4#中间梁段(a)方案一：三段吊装(b)方案二：整体吊装(c)方案三：均分两段吊装图3吊装方案Fig.3Slingarrangement第2期袁巍等:某 S 形大跨空间桁架吊装施工全过程仿真与监测研究79装方案应力和变形均最小。根据 GB50017201713要求，悬挑梁结构的容许挠度值为 1/125，三角段的跨度为 6.25m，其容许挠度为 50mm。中间段的跨度为 12.21m，容许挠度为 97.68mm，因此在吊装过程中各段的变形均满足规范要求。值得注意的是，从实际施工角度来看，采用方案二整体吊装时，吊车的吨位要求较大，而吊车需停在改扩建项目已建好的地下室顶板上方，地下室顶板难以承载；采用方案三吊装时，吊车吨位要求也较大，同时，吊装后的临时支撑需要设置在运营地铁站的线路上，因此不可行；采用方案一时，吊车的吨位要求最小，同时，吊装后的各段临时支撑可以避开运营地铁线路。综合上述原因，本文最终确定采取方案一进行吊装施工。3S 形大跨空间桁架三段吊装吊点布置优化针对方案一的三段吊装，拟进一步通过改变吊点位置，探究吊点布置对三角段和中间梁段结构的影响，选取吊点布置的最优方式，确保吊装施工的安全。表1桁架吊点设置及应力分布Tab.1Arrangement of truss suspension points and stressdistribution方案类型吊点数fmax/MPaU1max/mm方案一三角段410.740.54中间梁段614.421.40方案二整体838.65.92方案三两段438.155.75注：fmax为结构的最大应力；U1max为结构的最大变形。(a)方案一：三段吊装(b)方案二：整体吊装(c)方案三：两段吊装S,Mises平均:75%三角段中间梁段Max=10.74 MPaMax=14.42 MPaMax=38.6 MPaMax=38.15 MPa+1.074e+01+9.849e+00+8.957e+00+8.066e+00+7.174e+00+6.283e+00+5.391e+00+4.500e+00+3.608e+00+2.717e+00+1.825e+00+9.337e01+4.221e02S,Mises平均:75%+1.442e+01+1.323e+01+1.203e+01+1.084e+01+9.639e+00+8.443e+00+7.248e+00+6.052e+00+4.856e+00+3.660e+00+2.464e+00+1.268e+00+7.262e02S,Mises平均:75%+3.856e+01+3.536e+01+3.215e+01+2.894e+01+2.573e+01+2.253e+01+1.932e+01+1.611e+01+1.291e+01+9.700e+00+6.493e+00+3.286e+00+7.885e02S,Mises平均:75%+3.815e+01+3.497e+01+3.179e+01+2.861e+01+2.543e+01+2.225e+01+1.907e+01+1.590e+01+1.272e+01+9.538e+00+6.359e+00+3.180e+00+1.570e03图4应力云图Fig.4Stressdistribution(a)方案一：三段吊装(b)方案二：整体吊装(c)方案三：两段吊装三角段U1Max=0.54 mm.000e+004.536e029.071e021.361e011.814e012.268e012.721e013.175e013.628e014.082e014.536e014.989e015.443e01+0.000e+001.170e012.339e013.509e014.679e015.848e017.018e018.188e019.357e011.053e+001.170e+001.287e+001.404e+00+0.000e+004.933e019.866e011.480e+001.973e+002.466e+002.960e+003.453e+003.946e+004.440e+004.933e+005.426e+005.920e+00+0.000e+004.791e019.582e011.437e+001.916e+002.395e+002.875e+003.354e+003.833e+004.312e+004.791e+005.270e+005.749e+00U,U1U,U1U,U1U,U1U1Max=1.40 mmU1Max=5.92 mmU1Max=5.75 mm图5构件变形Fig.5Deformationofspecimens80西华大学学报（自然科学版）2024年3.1三角段吊点布置分析对三角段吊装另设 2 种吊点布置方式，如图 6所示。(a)Type A1#1#2#3#4#2#3#4#(b)Type B图6三角段吊点布置Fig.6Trianglesectionliftingpointarrangement基于 ABAQUS 对以上 2 种布置方式进行精细化有限元模拟，得到该部位的应力云图与变形图，如图 7 所示。从图 7 可知，当采用 TypeA 的吊装方式时，结构在 4#吊点位置产生最大应力为 22.6MPa，比方案一高出 110.4%；在端部产生最大位移为 2.58mm，变形量为方案一的 4.8 倍。当采用 TypeB 的吊装方式时，结构在 4#吊点位置产生最大应力7.52MPa，同样在端部产生最大位移 2.58mm，应力和变形量与方案一差距较小。结合上述分析，考虑到吊装过程中的应力和变形较大时易引起吊装件变形，不利于后期拼接，故对于三角段的吊装，最终采用方案一的吊点布置方式（图 3（a）。3.2中间梁段吊点布置分析对中间梁段的吊装另设 2 种吊点布置方式，如图 8 所示。(a)Type 11#1#2#3#4#3#2#4#5#6#(b)Type 2图8中间段吊点布置Fig.8Middlesectionliftingpointarrangement上述两种吊点布置方案的有限元分析结果如图 9 所示，采用 Type1 的吊装方式时，结构在 2#吊点位置产生最大应力 14.27MPa，比方案一低 53.6%；在中部产生最大位移 2.80mm，变形量为方案一的两倍，方案一优于该吊点的布置方式。当采用 Type2 的吊装方式时，模拟结果与Type1 相似。结构在 1#吊点位置产生最大应力19.79MPa，并在端部产生最大位移 2.78mm，应力和变形量均大于方案一，变形量略小于 Type1。综上，针对中间段的吊装，可采用方案一的吊点布置方式。4S 形大跨空间桁架吊装施工措施4.1S 形大跨空间桁架三角段吊装措施吊装 S 形大跨空间桁架三角段前，对新建钢屋盖中与 S 形大跨空间桁架相连的主梁、次梁进行复测，对临时支撑操作平台进行检查验收，并复测调节板空间位置，解除主架梁三角段与中间段相连(a)Type A 应力云图Max=22.6 MPaMax=7.52 MPa(b)Type A 位移云图(c)Type B 应力云图(d)Type B 位移云图S,Mises平均:75%+2.256e+01+2.069e+01+1.881e+01+1.693e+01+1.505e+01+1.315e+01+1.130e+01+9.422e+00+7.544e+00+5.667e+00+3.789e+00+1.912e+00+3.414e02S,Mises平均:75%+7.524e+00+6.900e+00+6.276e+00+5.652e+00+5.028e+00+4.404e+00+3.780e+00+3.156e+00+2.532e+00+1.908e+00+1.284e+00+6.605e01+3.658e02+6.323e032.088e014.239e016.390e018.541e011.069e+001.284e+001.499e+001.715e+001.930e+002.145e+002.360e+002.575e+00+0.000e+004.122e028.243e021.237e011.649e012.061e012.473e012.885e013.297e013.710e014.122e014.534e014.946e01U,U1U,U1U1Max=2.58 mmU1Max=0.49 mm图7三角段不同吊点有限元分析Fig.7FEanalysisofdifferentliftingpoints第2期袁巍等:某 S 形大跨空间桁架吊装施工全过程仿真与监测研究81的码板。同时，在履带吊吊装区域铺设 12m2m0.5m 路基箱，地下结构设置反支撑钢管架，对吊装工况进行复查，确保吊装时地下室结构安全。吊装 S 形大跨空间桁架三角段时，S 形大跨空间桁架三角段拟采用一台 500t 履带吊进行吊装，吊点设置 4 个，钢丝绳主绳、捆绳、安全绳型号选用直径 64mm，卡环型号选用 32t，倒链型号选用50t 与安全绳配套使用。起吊时先进行吊装，并检查 500t 履带吊工况，确认安全后，落位于临时支撑操作平台调节板上，吊点布置如图 10 所示。S 形大跨空间桁架三角段吊装于临时支撑平台架后，用 2 台 50t 千斤顶和 2 台 50t 倒链进行精调，并对主架梁三角段端口用全站仪复测。复测合格后，S 形大跨空间桁架三角段端部下弦杆通过4 块 350mm200mm20mm 的码板均匀分布，并与新建雨棚上圆管主梁焊接固定。位于操作平台调节板上的 S 形大跨空间桁架三角段下弦杆采用焊接钢板限制下弦杆位移，焊接完成后将新建雨棚中与 S 形大跨空间桁架三角段连接的次梁依次拼装焊接固定，确保主架梁三角段整体稳定。4.2中间段吊装措施S 形大跨空间桁架中间段吊装前，在 S 形大跨空间桁架中间段下弦杆两端各绑定 2 根直径25mm 长 50m 的牵引绳，解除主架梁中间段与拼装装置的束缚，并在主架梁中间段的 6 个端口设置(a)Type 1 应力云图(b)Type 1 位移云图(c)Type 2 应力云图(d)Type 2 位移云图S,Mises平均:75%+2.215e+01Max=22.15 MPaMax=19.79 MPaU1Max=2.80 mmU1Max=2.78 mm+2.031e+01+1.847e+01+1.662e+01+1.478e+01+1.294e+01+1.110e+01+9.255e+00+7.413e+00+5.571e+00+3.729e+00+1.887e+00+4.458e02S,Mises平均:75%+1.979e+01+1.815e+01+1.650e+01+1.486e+01+1.322e+01+1.158e+01+9.934e+00+8.291e+00+6.649e+00+5.006e+00+3.364e+00+1.722e+00+7.906e02+0.000e+002.335e014.671e017.006e019.341e011.168e+001.401e+001.635e+001.868e+002.102e+002.335e+002.569e+002.802e+00+0.000e+002.316e014.631e016.947e019.262e011.158e+001.389e+001.621e+001.852e+002.084e+002.316e+002.547e+002.779e+00U,U1U,U1图9中间段不同吊点有限元分析Fig.9FEanalysisofdifferentliftingpoints主绳 10 m主绳 6 m捆绳 4 m捆绳 4 m捆绳 4 m捆绳 4 m倒链 2.2 m配 4 m 安全绳倒链 2 m配 4 m 安全绳倒链 2 m配 4 m 安全绳1#吊点3#吊点4#吊点2#吊点主绳 6 m主绳 6 m图10三角段吊索具布置图Fig.10Triangleslingarrangement82西华大学学报（自然科学版）2024年反光贴，每个端口设置 5 个反光贴，用全站仪监测记录主架梁中间段 6 个端口上反光贴三维坐标初始值，并记录温度。S 形大跨空间桁架中间段吊装时，用 500t 履带吊进行吊装，吊点设置 6 个，其中 4 个主吊点，2 个辅助吊点。主吊索具中钢丝绳主绳型号选用直径 100mm，捆绳和安全绳型号选用直径 65mm，卡环型号选用 85t 和 55t，倒链型号选用 50t 与安全绳配套使用。辅吊索具中钢丝绳主绳、安全绳、捆绳型号选用直径 36mm，卡环型号选用 35t，倒链型号选用 30t 与安全绳配套使用，如图 11 所示。起吊时先吊至离地面临时拼装装置 0.3m 高，用牵引绳稳定不让摆动，静止 20min，用全站仪测量主架梁中间段两端 6 个管口的反光贴三维坐标。每隔 0.5h 采集一次数据，直至变形稳定后，开始正式吊装。主绳(D100)21 m85 T 卡环55 T 卡环35 T 卡环主绳(D100)18 m主绳 16 mD36倒链 1.4 m30 T5#吊点3#吊点接 X3接 X11#吊点2#吊点4#吊点6#吊点捆绳(D65)6 m捆绳(D65)6 m捆绳 6 mD36主绳(D100)18 m安全绳 2 根(D65)4 m安全绳 4 根(D65)4 m双倒链(50 T)2.25 m直接挂钩到捆绳四倒链(50 T)2.8 m直接挂钩到捆绳图11中间段吊索具布置图Fig.11MiddleslingarrangementS 形大跨空间桁架中间段吊装后，将其落位于临时支撑操作平台调节板上，并通过点焊进行临时固定，500t 履带吊及吊索具保持原状不摘钩。将变形稳定后的数据用 CAD 进行三维坐标转换，与已安装的 S 形大跨空间桁架三角段弦杆 6 个端口三维坐标进行模拟核对，以便对主架梁中间段上下弦杆对接端口进行调整，偏差超过 2mm 的位置对端口进行打磨处理。结构的平面外失稳通常指结构的整体失稳，该失稳方式与结构的吊点分布与吊点的数量有密不可分的关系，本文在三角段设置 4 个吊点，中间梁段设置 4 个主吊点以及 2 个辅助吊点，吊点分布与数量均满足要求11-12，不易发生平面外失稳。5S 形大跨空间桁架吊装施工监测5.1S 形大跨空间桁架监测的应变片布置为监测 S 形大跨空间桁架在吊装过程中杆件的应力变化情况，结合 ABAQUS 精细化有限元模拟分析结果，在各部位关键位置布置应变片，如图12所示。其中，S1 和 S2 主要监测三角段与中间梁段下弦杆的交接处应变的变化情况，并在中间梁段上下弦杆关键位置布置应变片，具体应变片布置见图 12。Z1-1Z2-1Z2-2Z1-2Z1-3S1S2Z2-3Z3-1Z3-2Z3-3Z4-1Z4-2Z4-3图12应变片布置图Fig.12Straingaugearrangement主要监测试件吊装拼接时在初始阶段、桁架空中悬停阶段、桁架合龙焊接阶段、合龙后吊钩卸载阶段、完全卸载阶段以及摘除吊钩后时间段的应力应变变化情况。通过监测各时间节点应力应变变化情况，判断此次吊装施工是否安全可控。5.2实际吊装监测数据及与数值模拟对比本次吊装试件现场监测结果如图 13 所示。本第2期袁巍等:某 S 形大跨空间桁架吊装施工全过程仿真与监测研究83文以杆的受拉为正，受压为负，根据本项目监测结果，此次吊装各线路控制点点位基本稳定，同时桁架合龙全过程保持一定的稳定性。75502502550S-1S-2Z1-1Z1-2Z1-3Z2-1Z2-2Z2-3Z3-1Z3-2Z3-3Z4-1Z4-2Z4-3初始阶段空中悬停卸载 30T完全卸载摘钩后应力/MPa合龙完成图13空间桁架应变时序图Fig.13Spatialtrussstraintimingdiagram从吊装过程来看，在吊装过程到摘钩后，桁架的应变变化明显，这表明在吊装过程中，桁架承受了较大的应力。随着施工的进行，桁架的应变趋于稳定，这表明在后续的施工阶段，桁架的受力状态得到了改善。中间梁段在整体吊装过程中的应变水平呈现较好分布，最大应力为杆件承载力极限的 20%。安全可控。从吊装结果来看，采用二等水准采集初值并进行了周期观测，研究发现，三角段与中间梁段最大沉降点位均在端部位置，沉降量分别为 0.61mm和 1.87mm，位移变化情况与有限元模拟结果基本一致，相差小于 0.5mm。从测量沉降结果可认定各点位保持稳定，吊装过程安全可控。本文基于 ABAQUS 分别模拟了 S 形大跨空间桁架在初始阶段、空中悬停阶段以及合龙完成阶段监控点的应力应变变化，并选取点位 S-1、Z2-1、Z2-2 和 Z2-3 与实际监测数据进行对比，最终结果如图 14 所示。通过实际监测桁架应力应变情况与有限元模拟相比，实测的应力应变数据与数值模拟结果基本吻合，预测精度分别为 1.117(平均值)和 0.153(离散度)，这表明数值模拟可以有效地预测实际施工中的情况，可为施工监测和优化提供依据。6结论本文基于深圳某地铁改扩建枢纽站大跨屋盖S 形空间桁架吊装全过程的研究，通过制定科学合理的吊装方案，并采用数值模拟分析和实时监测进行校验，最终将 S 形大跨空间桁架成功吊装到位，确保了安装的精度、安全和工期要求，研究成果可为相关钢结构安装提供参考。通过 S 形大跨空间桁架吊装施工过程的研究，可初步得到以下结论。1）基于有限元软件 ABAQUS 对 S 形大跨空间桁架吊装全过程进行精细化有限元分析，对比三种吊装方案，得出方案一采用三段吊装施工时，S 形空间桁架结构应力和变形最小，且临时支撑位于地铁运营线外侧，不影响正常运营，故该吊装方案最优。2）采用方案一进行三段吊装时，通过有限元优化吊点布置，得出方案一采用六点吊装时应力和变形皆较小。实际吊装时，采用一台 500t 履带吊进行吊装，吊点设置 4 个，中间梁段外加 2 个辅助吊点，结构不易发生平面外失稳。吊装完成后用 2 台50t 千斤顶和 2 台 50t 倒链进行校验，成功解决S 形大跨空间桁架施工难题。3）基于方案一的吊装方式，在各部位关键位置布置应变片对 S 形大跨空间桁架进行吊装监测，获取各时间节点应力和应变变化情况。研究发现，各监测点位基本符合预期，桁架合龙全过程保持稳定。实际监测数据与有限元模拟结果基本吻合，应力的预测精度分别为 1.117(平均值)和 0.153(离散度)。此外，实测位移与有限元结果相差小于 0.5mm。进一步证实了吊装方案一的可行性。402002040应力/MPaS-1S-1-FEZ2-1Z2-1-FEZ2-2Z2-2-FEZ2-3Z2-3-FE初始阶段空中悬停合龙完成图14空间桁架应力模拟图Fig.14Spatialtrussstrainsimulationdiagram84西华大学学报（自然科学版）2024年参考文献1杨兴山,李国庆.既有线改造对运营的影响分析与对策J.现代城市轨道交通,2008（6）:1416.YANGXS,LIGQ.Analysisandcountermeasuresofthe impact of existing line renovation on operationJ.ModernUrbanTransit,2008（6）:1416.2刘鹏.铁路客站超大跨度空间桁架高空拼装施工技术 C/2022 年全国建筑钢结构科技创新大会论文集.北京:中国建筑金属结构协会，2022.LIUP.Constructiontechnologyforhighaltitudeas-semblyoflargespanspacetrussinrailwaypassengersta-tionsC/Proceedingsofthe2022NationalConferenceonTechnological Innovation in Building Steel Structures.Beijing:China Association of Building Metal Structures,2022.3李刚,贾丙奇,闫智,等.大跨度空间桁架施工控制分析J.施工技术,2019,48（S1）:13291331.LIG,JIABQ,YANZ,etal.AnalysisofConstruc-tionControlforLargeSpanSpaceTrussJ.ConstructionTechnology,2019,48（S1）:13291331.4王昕辰.拱形空间钢管桁架结构力学性能与施工全过程模拟研究 D.天津：河北工业大学,2023.WANGXC.ResearchontheMechanicalPerform-anceandConstructionProcessSimulationofArchedSpaceSteelPipeTrussStructureD.Tianjin：HebeiUniversityofTechnology,2023.5李婷.某项目大跨度空间钢桁架施工全过程模拟与监测 D.福州：福州大学,2019.LIT.Simulationandmonitoringoftheentirecon-structionprocessofalarge-spanspatialsteeltrussinacer-tainprojectD.Fuzhou：FuzhouUniversity,2019.6WANGG,DINGY,SUNP,etal.AssessingstaticperformanceoftheDashengguanYangtzebridgebymonit-oringthecorrelationbetweentemperaturefieldanditsstat-icstrainsJ.MathematicalProblemsinEngineering,2015,4:946907.7CHEND,XUW,QIANH,etal.Effectsofnon-uniformtemperatureonclosureconstructionofspatialtrussstructureJ.Journal of Building Engineering,2020,32:101532.8朱易举,蒋官业,刘艺,等.复杂空间管桁架结构现场拼装及吊装施工技术J.建筑结构,2010,40（12）:6669.ZHUYJ,JIANGGYE,LIUY,etal.Onsiteas-semblyandhoistingconstructiontechnologyforcomplexspace pipe truss structuresJ.Building Structure,2010,40（12）:6669.9彭玉丰,罗永峰.大跨度钢桁架吊装过程分析J.结构工程师,2011,27（4）:4549.PENGYF,LUOYF.Analysisofthehoistingpro-cessoflarge-spansteeltrussJ.StructuralEngineer,2011,27（4）:4549.10中华人民共和国住房和城乡建设部.中华人民共和国住房和城乡建设部令第 37 号:危险性较大的分部分项工程安全管理规定 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