胡婷，梁慶純，閆玉萍

(1.鄭州科潤機電工程有限公司，鄭州 450015;2.東北電業(yè)管理局煙塔工程公司，遼寧 錦州 121000;3.鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學院，鄭州 450015)

1 液壓施工平臺主結(jié)構(gòu)概述

液壓施工平臺由中心鼓圈、輻射梁、拉索、環(huán)梁、外吊架、井架及抱桿等組成。輻射梁頂面用于施工材料、設備的臨時堆放及人員的水平輸送;平臺頂面設置一根抱桿，通過卷揚機形成簡易的垂直運輸工具;煙囪筒壁混凝土內(nèi)均勻埋設爬桿，由穿心式液壓千斤頂通過爬桿向上爬升，從而帶動輻射梁上升，實現(xiàn)液壓平臺的提升。液壓施工平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于液壓施工平臺結(jié)構(gòu)復雜、超靜定次數(shù)高、所受荷載種類繁多，手算過程比較繁瑣并且會因過度簡化而導致計算結(jié)果偏差較大，因此，本文采用有限元軟件對平臺主結(jié)構(gòu)進行計算，根據(jù)其計算結(jié)果對施工平臺進行優(yōu)化。

2 液壓施工平臺主結(jié)構(gòu)有限元分析

2.1 計算模型

此次模擬原點位于平臺中心，z軸正向為豎直向上，x軸和y軸在平臺面內(nèi)分別指向直徑方向。以各型鋼的形心軸線建立模型，系統(tǒng)包括中心鼓圈上環(huán)附屬桿、中心鼓圈上環(huán)支撐桿、中心鼓圈上環(huán)、中心鼓圈下環(huán)、中心鼓圈立桿、輻射梁、拉索、環(huán)梁、井架和爬升桿。模型拉索采用LINK10單元，其他桿件均采用 BEAM188單元［1］。

由于爬升桿埋在混凝土里，因此此次模擬約束爬升桿6個自由度，即固定約束。整體模型如圖2、圖3所示。

2.2 計算工況

圖1 液壓施工平臺結(jié)構(gòu)

平臺的強度按最不利工況計算:平臺處于10 m以下標高，筒身外半徑為18500mm，混凝土壁厚650 mm，抱桿工作，可變荷載作用在輻射梁上。

圖2 整體模型剖面圖

圖3 整體模型約束圖

平臺的剛度按最不利工況計算:抱桿工作，可變荷載作用在平臺中心。

2.3 計算荷載

永久荷載分項系數(shù)取1.2，可變荷載分項系數(shù)取1.4，基本風壓按0.6 kN/m2考慮。按規(guī)范［2］要求，驗算撓度應采用荷載標準值，計算承載力應采用荷載設計值。平臺荷載分類見表1。

表1 平臺荷載分類

2.4 原結(jié)構(gòu)計算成果分析

施工平臺結(jié)構(gòu)強度和剛度計算結(jié)果如圖4、圖5所示(以下應力單位均為MPa，位移單位均為mm)。

圖4 原結(jié)構(gòu)整體復合應力

圖5 原結(jié)構(gòu)整體豎向位移

根據(jù) GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》［2］，由于鋼材采用Q235鋼且厚度小于16 mm，因此鋼材強度設計值［σ］=215.0 MPa。

此平臺為特殊結(jié)構(gòu)形式，豎向剛度無相應標準可查，用戶根據(jù)使用經(jīng)驗及施工要求［3-6］確定結(jié)構(gòu)撓度容許值［f］=l/250。平臺整體跨度l1=35280 mm，撓度許用值［f1］=l1/250=141.1mm;鼓筒上平面最長平桿長度l2=11 710 mm，撓度許用值為［f2］ =l2/250=46.8 mm。

根據(jù)原結(jié)構(gòu)應力結(jié)果可知:中心鼓圈上平面平桿、中心鼓圈上環(huán)等應力遠遠大于許用應力215.0 MPa。由于中心鼓圈直徑較大，上平面平桿支撐力不夠，導致其局部強度嚴重不足，不能滿足平臺的受力要求，考慮加大型鋼型號;同時，由于環(huán)梁應力較小，考慮減小環(huán)梁型鋼型號。由原結(jié)構(gòu)位移結(jié)果可知:最大豎向位移出現(xiàn)在平臺中心，為241.0 mm＞［f1］=141.1mm，撓度不能滿足要求。主要是因為平臺跨度大，輻射梁提供的支撐剛度有限，平臺整體下?lián)陷^多，因此考慮加大輻射梁型鋼型號。

2.5 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)計算成果分析

結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化后，強度和剛度計算結(jié)果如圖6～圖13所示。

圖6 優(yōu)化后整體復合應力

圖7 優(yōu)化后中心鼓圈上弦復合應力

圖8 優(yōu)化后輻射梁復合應力

由優(yōu)化后的平臺結(jié)構(gòu)應力分析結(jié)果可知:中心鼓圈上弦最大應力為219.7 MPa＞［σ］=215.0 MPa，超出許用值2%(如圖7所示)。分析其原因為鼓筒上平面平桿與輻射梁相交處拉開距離，此時為抱桿工作，施工可變荷載作用在輻射梁上，施工過程中應注意監(jiān)測。輻射梁最大應力為210.5 MPa，環(huán)梁最大應力為106.3 MPa，中心鼓筒下弦最大應力為195.4 MPa，以上應力均小于許用值，滿足設計要求(如圖8～圖10所示)。

圖9 優(yōu)化后環(huán)梁復合應力

圖10 優(yōu)化后中心鼓圈下弦復合應力

圖11 優(yōu)化后鋼絲繩拉力

圖12 優(yōu)化后整體豎向位移

按《建筑施工手冊》要求:直徑為28 mm的鋼絲繩計算得允許拉力為52.300 kN。由圖11可知，鋼絲繩最大拉力為49.742 kN，小于許用拉力，因此滿足設計要求。

圖13 優(yōu)化后中心鼓圈上平面平桿位移

由以上結(jié)構(gòu)可知:整體最大豎向位移為128.6 mm＜［f1］=141.1mm，剛度滿足要求;鼓筒上平面平桿最大豎向位移出現(xiàn)在跨中，相對位移為128.6-87.6=41.0mm＜［f2］=46.8mm，剛度滿足要求。

3 結(jié)論

(1)中心鼓筒上弦最大應力為219.7 MPa，超出許用值2%，在施工過程中應注意監(jiān)測;環(huán)梁的強度稍有富余，但其截面由結(jié)構(gòu)的剛度控制，因此無減小空間。

(2)在實際施工中應盡量減小鼓筒上平面平桿與輻射梁之間的距離，使其中心線盡量交于一點，以減小桿端彎矩，降低應力水平。

(3)平臺上的可變荷載盡量分開布置，特別是當抱桿工作時，可變荷載盡量不要堆放在靠近抱桿附近的輻射梁跨中位置處，以防對平臺結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響［7］。

(4)由于頂升過程中的荷載較正常工作荷載小，反而會麻痹大意，頂升過程中需加以注意，保證頂升安全。

［1］劉國慶，楊慶東.ANSYS工程應用教程:機械篇［M］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［2］鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范:GB 50017—2003［S］.

［3］建筑施工手冊編委會.建筑施工手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［4］中國建筑工業(yè)出版社.建筑施工技術(shù)規(guī)范［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［5］中國建筑工業(yè)出版社.現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范大全［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［6］中國建筑工業(yè)出版社.現(xiàn)行建筑設計規(guī)范大全［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2014.

［7］液壓滑動模板施工安全技術(shù)規(guī)程:JGJ 65—2013［S］.