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        液壓爬模技術(shù)及應(yīng)用

        2012-02-20 09:07:46李明慶王芳初王海軍李國良
        裝備制造技術(shù) 2012年4期
        關(guān)鍵詞:爬模桁架受力

        李明慶,王芳初,王海軍,李國良

        (浙江通達(dá)鋼模有限公司,浙江 湖州 313219)

        爬模是利用附著在已澆筑成型的建筑結(jié)構(gòu)上的爬升機構(gòu),隨建筑結(jié)構(gòu)逐層升高施工的一種模板工藝。液壓爬模技術(shù)綜合了大模板和滑動模板的優(yōu)點,采用模板與爬模架聯(lián)體同爬技術(shù),目前已廣泛應(yīng)用于索塔、高墩、高層建筑工程和橋梁工程等[1]。

        某塔樓結(jié)構(gòu)高為175 m,采用框筒結(jié)構(gòu)型式。由于爬模系統(tǒng)外圍采用全封閉圍護(hù),擋風(fēng)系數(shù)取值為1,其所受風(fēng)荷載成為結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)荷載,普通腳手架體系難以滿足受力要求。因此設(shè)計開發(fā)了新型桁架式液壓爬模系統(tǒng)。由于風(fēng)荷載對本項目的爬模系統(tǒng)有著關(guān)鍵的影響,結(jié)構(gòu)的分析必須在不同情況下的風(fēng)荷載作用基礎(chǔ)上進(jìn)行。

        本文將分析液壓爬模系統(tǒng)在自重、風(fēng)荷載、施工荷載及模板荷載等作用下結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)。

        1 桁架式液壓爬模結(jié)構(gòu)方案

        桁架式液壓爬模主體結(jié)構(gòu)主要有操作平臺系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、爬升機械系統(tǒng)、液壓動力系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)這5個部分組成[2],如圖1所示。

        圖1 桁架式液壓爬模系統(tǒng)構(gòu)成

        2 有限元模型

        2.1 材料及單元的選擇

        根據(jù)液壓爬模系統(tǒng)的實際結(jié)構(gòu),材料選用Q235,主要設(shè)計參數(shù)如下:

        鋼彈性模量Es=2.06×105MPa;

        材料容許應(yīng)力[σ]=215 MPa。

        結(jié)構(gòu)構(gòu)件等選用一般梁單元模擬,主平臺鋼板采用板單元模擬。模型嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)真實截面進(jìn)行模擬。

        2.2 模型建立[3]

        液壓爬模結(jié)構(gòu)豎向受力,主要由承重掛鉤承受;水平風(fēng)荷載,由承重掛鉤和下部撐腿共同承受。在爬模正常工作狀態(tài)下,頂部增加拉結(jié)點,可以明顯降低承重掛鉤的水平受力,改善結(jié)構(gòu)的受力體系。

        在爬升工況下,液壓爬模承重掛鉤和下部撐腿通過限位裝置沿著導(dǎo)軌爬升,共同承受水平荷載;豎向荷載由防墜裝置承受。

        本工程爬模最大跨度為12 m,因此,計算模型單元寬度按最不利情況取12 m。采用Midas gen Ver.730建立的有限元模型如圖2。

        圖2 液壓爬模有限元模型

        3 計算結(jié)果

        以工況一(8級風(fēng)正風(fēng)壓)的工作狀態(tài)為例。

        3.1 應(yīng)力計算結(jié)果

        液壓爬模結(jié)構(gòu)在本工況下的最大組合應(yīng)力為-155.6 MPa,位于綁筋操作架小梁處,其中主要承重構(gòu)件最大應(yīng)力為-142.1 MPa,位于機位位置主桁架大梁上,如圖3所示。

        圖3 工況一組合應(yīng)力圖

        3.2 變形計算結(jié)果

        液壓爬模結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為4.43 cm,滿足要求,位于爬模頂端,如圖4。

        圖4 工況一變形圖

        3.3 系統(tǒng)在不同工況下的力學(xué)性能

        通過同樣計算,得到桁架式液壓爬模系統(tǒng)在不同工況下的力學(xué)性能見表1。

        表1 各工況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)

        4 結(jié)束語

        通過以上對新型桁架式液壓爬模系統(tǒng),在200 m高度不同工況的計算分析,可以得出如下結(jié)論:

        (1)通過采用桁架結(jié)構(gòu)作為主要受力構(gòu)件,極大地提高了結(jié)構(gòu)的承載能力,增加了結(jié)構(gòu)的整體剛度,改善了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

        (2)在8級風(fēng)作用下最大應(yīng)力為197.9 MPa,最大變形為5.52 cm,滿足承載力和正常使用要求。相比傳統(tǒng)提升腳手架系統(tǒng),避免了大風(fēng)情況下無法正常施工,甚至需要清除多余荷載等問題,大大提高了施工效率,節(jié)約了工期。

        (3)在10級風(fēng)環(huán)境下,在爬模上部的作業(yè)層必須增加拉結(jié),其最大應(yīng)力-200.4 MPa,最大變形2.97 cm,滿足承載力和變形要求。

        [1]龍 瓊,張 剛.液壓爬模系統(tǒng)的構(gòu)造及應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報,2006,25(3):26-31.

        [2]顧國明,夏衛(wèi)慶,唐建飛,陸 云.閔浦大橋液壓爬模系統(tǒng)的設(shè)計[J].建筑機械化,2007,(10):31-33.

        [3]周海兵.液壓爬模系統(tǒng)有限元分析[J].山西建筑,2011,37(13):36-38.

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