超大跨度钢结构桁架分段安装拼接质量控制研究

引言

现代空间结构发展对钢结构施工精度提出更高要求，分段拼接的质量缺陷可能导致应力集中与节点失效。当前施工过程中存在的问题，需要通过全过程质量监控与工艺创新加以解决。研究高精度测量技术与智能施工方法，对实现超大跨度桁架的安全高效安装具有重要意义。

1 超大跨度钢结构桁架力学特性分析

超大跨度钢结构桁架作为现代大空间建筑的核心承重体系，其力学特性直接决定了结构的安全性与经济性。这类结构在荷载作用下呈现出显著的空间受力特征，杆件同时承受轴向力、弯矩和扭矩的复合作用。由于跨度增大导致自重占比显著提升，结构刚度与稳定性成为设计控制要素。风荷载作用下桁架表面产生的气动效应可能引发涡激振动，需特别关注动力响应问题。温度变化引起的热应力在约束条件下会产生附加内力，对节点构造提出特殊要求。地震作用时桁架结构的延性性能和耗能能力直接影响抗震性能，需要通过合理的杆件截面设计和节点强化措施来保证。大跨度导致的几何非线性效应使结构在荷载变形过程中呈现明显的 P-Δ 效应，计算分析必须考虑二阶影响。施工阶段的临时支撑体系转换过程会产生内力重分布，安装顺序直接影响最终受力状态。材料非线性包括钢材的弹塑性性能和焊接残余应力影响，在极限状态分析中不容忽视。这些力学特性共同构成了超大跨度钢结构桁架设计的理论基础，需要通过精细化建模和多重性能验证来确保结构安全。

2 超大跨度钢结构桁架分段安装拼接要点

2.1 分段运输与堆放

超大跨度钢结构桁架分段运输过程需要建立完整的运输保障体系。运输前需进行分段重心计算，设计专用运输支架确保构件稳定性。运输路线规划应考虑桥梁限高、转弯半径等限制条件，必要时采取交通管制措施。分段构件在运输车辆上的固定采用多点柔性约束，避免刚性固定导致的局部应力集中。堆放场地需进行硬化处理并设置排水坡度，防止地基沉降造成构件变形。垫木布置间距根据构件刚度计算确定，确保支撑均匀受力。多层堆放时设置专用隔离架，防止下层构件受压变形。构件吊耳和临时加固件在运输过程中不得拆除，保持运输状态完整性。特殊气候条件下运输需采取防雨防潮措施，高强螺栓连接面应重点保护。运输全过程实施GPS 定位监控，确保按时安全送达施工现场。

2.2 现场安装定位

现场安装定位是保证桁架整体精度的关键环节。基于 BIM 技术的三维坐标控制系统建立施工测量基准网，采用全站仪进行毫米级定位。临时支撑塔架设置可调支座，实现分段构件六个自由度的精确调节。安装过程中应用激光跟踪仪实时监测构件空间姿态，动态调整定位参数。相邻分段接口设置导向装置，辅助快速对位。温度变化对定位精度的影响需通过实时监测进行补偿，避免热变形导致的安装误差。分段吊装顺序严格遵循受力分析确定的方案，控制结构体系转换过程中的内力重分布。重要节点部位设置应力监测点，验证安装状态与设计假定的一致性。定位完成后立即进行临时固定，防止后续施工扰动影响已调精度。

2.3 螺栓连接紧固

高强螺栓连接质量直接影响桁架节点的传力性能。螺栓施拧前进行连接面处理，确保接触面积达到设计要求。初拧和终拧分阶段进行，采用扭矩 - 转角双重控制保证预拉力精度。群螺栓连接遵循从中心向外对称施拧的顺序，避免不均匀受力导致连接板变形。施拧工具定期标定，操作人员持证上岗保证工艺一致性。螺栓穿孔率检查采用试孔器全数检验，严禁强行穿孔损伤螺纹。终拧完成后进行扭矩抽查，不合格点位立即整改。雨雪天气停止露天作业，防止水分进入摩擦面影响抗滑移性能。施拧记录完整可追溯，包括操作人员、工具编号、施拧时间等关键信息。重要节点连接在终拧 24 小时后进行复拧检查，消除应力松弛影响。

3 超大跨度钢结构桁架拼接操作质量控制策略

3.1 焊接工艺参数优化调整

焊接工艺参数的科学设定是保证节点质量的基础条件。根据钢材等级和板厚差异制定差异化焊接工艺评定方案。预热温度通过红外测温仪实时监控，确保焊接区域达到规定温度范围。多层多道焊实施严格的层间温度控制，避免过热导致晶粒粗化。焊接电流、电压参数根据坡口形式动态调整，保持最佳熔敷状态。保护气体纯度定期检测，流量设置考虑现场风速影响。焊后热处理工艺根据拘束度分析确定，有效降低残余应力。焊接机器人应用路径规划算法，保证复杂节点部位的焊接可达性。工艺参数变更实施重新评定制度，确保变更后的质量可靠性。焊接过程视频全程记录，关键参数自动采集形成电子档案。

3.2 拼接接口平整度误差处理

接口平整度控制是保证结构受力性能的重要环节。采用三维激光扫描技术获取接口实际形态，与设计模型进行偏差分析。局部超差区域采用数控铣削工艺进行精密修整，恢复设计几何尺寸。错边量超标时评估结构影响，制定阶梯过渡或补强方案。修整后的接触面进行粗糙度检测，确保摩擦系数满足抗滑移要求。修整过程控制切削深度和进给速度，避免热影响导致材料性能变化。修整后立即进行防腐处理，防止新鲜金属表面氧化。重大偏差处理方案需经设计确认，必要时进行补充计算验证。处理过程保留完整记录，包括偏差测量数据、处理方法和验收结果。

3.3 拼接区域防腐防火处理

拼接区域的防护处理是确保钢结构长期耐久性的关键环节，需要综合考虑环境腐蚀因素和火灾风险。表面预处理采用机械喷砂工艺，彻底清除氧化皮和锈蚀产物，形成均匀的金属基底。焊缝热影响区及复杂节点部位进行重点处理，消除潜在的质量隐患。防腐涂层体系根据工程所在地的环境腐蚀等级科学选型，沿海地区需采用更高等级的防护方案。涂层施工严格执行分层涂装工艺，每道涂层间隔时间控制在最佳窗口期。螺栓连接区域在终拧完成后立即进行专项防腐处理，采用柔性密封材料填补接触缝隙。防火涂料的选择充分考虑结构耐火极限要求，对受力关键部位实施加厚处理。施工过程中建立环境参数监控机制，当空气湿度超标时自动暂停作业。涂层固化阶段设置物理隔离屏障，防止交叉作业造成的机械损伤。质量验收采用破坏性和非破坏性检测相结合的方式，重点核查涂层连续性及界面结合状况。建立全生命周期的防护档案，详细记录材料批号、施工参数和维护记录。

结束语

超大跨度钢结构桁架分段安装拼接质量控制是保障工程安全的关键环节。数字化监测、工艺优化与标准化管理，可显著提升施工精度与结构可靠性。未来应进一步融合智能建造技术，推动大跨度钢结构施工质量控制向精细化、智能化方向发展。

参考文献

[1] 张炜, 王明, 张化全. 大跨度重载荷钢结构桁架施工质量缺陷纠偏技术[J].煤炭工程 ,2025,57(02):38-43.

[2] 赵金红 . 大跨度钢结构桁架整体提升施工技术研究 [C]//《施工技术》杂志社 .2024 年全国土木工程施工技术交流会论文集（上册）. 中信建设有限责任公司 ;,2024:347-350.

[3] 方 鲁 斌 , 聂 乔 . 大 跨 度 钢 结 构 桁 架 的 深 化 及 安 装 [J]. 建 筑 结构 ,2022,52(S1):2971-2973.

[4] 罗明河 . 大跨度屋面钢结构桁架吊装施工技术 [J]. 住宅产业 ,2021,(12):71-74.

[5] 王 俊 . 大 跨 度 钢 结 构 桁 架 施 工 技 术 研 究 [J]. 工 程 建 设 与 设计 ,2020,(11):234-236.