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筒仓模块化刚性滑模平台设计与施工关键技术研究

日期:2021年04月22日 编辑:ad201107111759308692 作者:w88手机登录下载 点击次数:253
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本文是一篇工程管理w88,本文参考模块化技术,提出一种筒仓模块化刚性滑模平台。运用有限元软件SAP2000 建立了整体平台模型,对平台整体结构进行了加载分析和优选杆件截面,同时运用有限元软件 ABAQUS 对复杂节点进行了模拟验算,保证了平台施工的安全性,并对该平台的施工技术进行探讨。


第 1 章 绪论


1.1 研究背景与意义

筒仓是用来储存小块状材料的一种贮藏结构,它既可以作为储存物料的仓库,又可以用来作为物资生产调节与运转管理的设施。近年来,随着筒仓不断呈现出自身容量较大、占地面积相对较小、卸料速度较快、运行成本相对较低、以及对环境造成较小程度污染等优点。因此在仓储方面,筒仓在一定程度上逐步取代了库房建筑的建设,同时广泛的应用于化工、矿业、电力、物流、建材、农业等诸多领域。

目前筒仓结构正向着更大更高发展,以此来增大筒仓的使用空间[1]。今后筒仓研究建设的重点将会是大直径筒仓的施工方法,不断提升筒仓施工专业技术对保障工程质量、施工安全和提升市场竞争力具备突出的重要作用[2]。

筒仓滑模施工中常用柔性和刚性两种形式的操作平台,采用刚性滑模平台进行施工时,平台不光作为滑模施工阶段的操作平台,滑模施工结束后还需要作为仓顶结构施工的支撑平台。当刚性滑模平台作为仓顶施工支撑平台时,此时承受的荷载主要有施工时的活荷载和筒仓顶部结构的自重荷载[3]。随着施工筒仓直径的增大,刚性滑模平台重量也会显著增大,导致施工成本增加。大直径筒仓施工时,刚性滑模平台往往需要搭设中心脚手架同时设置斜拉撑来提高承载能力,而且筒仓锥壳施工时通常需要分几次进行浇筑,导致了工期长、成本高等问题出现。柔性滑模平台施工时平台重量较轻,可以大幅度降低平台耗钢量的同时施工易于进行平稳滑升,在平台发生偏扭时容易纠正,平台使用后拆除简易,很大程度上减少了人力和物力的投入[4]。但柔性滑模平台需要搭设满堂脚手架来支撑仓顶结构施工,导致筒仓的直径越大施工成本越高。

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1.2 国内外研究现状

国外筒仓已经延续了 200 多年的修建和发展历史,早期修建的钢筋混凝土筒仓,因施工技术水平较低导致直径都较小,随着设计与施工技术的不断完善大直径筒仓才开始出现的。随着农业、矿业等行业的加速发展,储存、装卸的物料总量也迅猛增长,在这种背景下,为了满足日益增大的使用需求,大储量筒仓开始出现在世界各国。同时随着筒仓施工中成功运用液压滑升模板技术,以及不断发展完善与筒仓相关配套处理设备,因此筒仓在修建规模上也不断增大[5]。发展至今,随着大储量筒仓的需求不断增加,筒仓在建造技术上获得了很大程度的发展和提升。

1943 年,参考以往滑模施工技术,瑞典人 AB Bygging 发明了中央式控制滑模系统(SLIP FORMG SYSTEM),这次发明彻底改变了以往凭借人力进行提升动力的状况,极大促进了筒仓滑模施工工艺的发展与应用[6]。

20 世纪,L.Boyd Mercer 等人详细描述了滑模施工时操作平台系统的滑模施工技巧,分析了滑模施工时容易出现的问题,并对滑模施工中容易出现的这些问题进行了总结[7]。Michal S. Zakrzewski 根据自身的施工经验和研究项目针对 9 个不同样式的筒仓滑模装置设计进行了描述,同时利用有限元软件建立模型进行了分析[8]。Ernani C de Araújo,Carlito Calil 根据实际工程的总结对筒仓仓顶施工平台进行了设计研究[9]。

进入 21 世纪,D Briassoulis 对非对称压力分布下的筒仓仓顶锥壳进行了有限元分析,对筒仓的仓顶施工进行了探讨[10]。K.T.Foss,M.Maage 等人模拟研究了刚性滑模平台滑模施工时混凝土与模板之间的摩擦系数,为了将摩擦系数降低,针对混凝土的配合比调整进行了研究,以此来降低混凝土表面受到损害的可能性[11]。Tarek Zayed,M.Reza Sharifi,Sandel Baciu,Mohamed Amer 建立了滑模平台使用于钢筋混凝土筒仓时的有限元模型,并通过几个实际案例数据证明了有限元模拟分析的准确性[12]。

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第 2 章 传统大跨刚性滑模平台筒仓施工


2.1 传统大跨刚性滑模平台种类

刚性滑模平台是筒仓滑模施工的主要工作平台,也是施工材料和工具的堆放场所。施工人员先在刚性滑模平台上进行滑模工作,在滑模施工之后刚性滑模平台还会作为仓顶施工的模架。

2.1.1 桁架式刚性滑模平台

当筒仓为内外筒同时滑升施工时,经常会选用桁架式刚性滑模平台,需要使用钢管和扣件搭设的中心脚手架作为钢平台的中心承重柱。

桁架上每隔一段距离便铺设钢、木格栅,同时需要在格栅上铺设平台板。在有现浇钢筋混凝土盖板时,操作平台的桁架可以作为顶盖混凝土的模板。滑模操作平台可分为内、外操作平台,有时还会附带吊架平台。内操作平台的主要承重桁架支撑到提升架立柱上,或通过支托将桁架承受的荷载直接传递给围圈,外操作平台的三角挑架可通过螺栓连接支撑到提升架的外立柱或外围圈上。

桁架式刚性滑模平台的布置形式分为平行式、井字式和辐射式,当选用平行式桁架平台时,相邻两个桁架之间的弦杆还需要设置水平支撑,以此来保证桁架的侧向稳定。井字式桁架平台的主桁架需要进行整体制作,副桁架则需要分段制作,副桁架需运到现场后再与主桁架进行拼装。桁架式刚性滑模平台的桁架内力分析与架体计算应根据荷载最大时进行,钢桁架上弦、下弦、腹杆尺寸规格也由此而确定[33-35]。

图 2-1 鼓圈辐射桁架式刚性滑模平台Fig. 2-1 Cylindrical radiation truss rigid sliding mode platform

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2.2 传统大跨平台中心脚手架的搭设

2.2.1 中心脚手架的作用

(1)内外筒同时滑升施工时,可以固定内筒中的支承杆;

(2)滑模施工后可以对刚性滑模平台直接进行支撑;

(3)锥壳施工时要承受最大荷载,因此所有的构造计算均应考虑此时荷载,而中心脚手架就是此时平台承受荷载的内部作用点;

(4)中心脚手架在锥壳上环梁平面结构施工时可以作为模板脚手架使用;

(5)在滑模完成后,刚性滑模平台需要落到中心脚手架上,此时中心脚手架有支撑刚性滑模平台的作用。

2.2.2 中心脚手架的布置

中心脚手架的布置需要根据筒仓施工计划来进行初步计算,一般筒仓工程在仓顶锥壳施工时中心脚手架承受最大荷载[37]。根据施工方案以及锥壳最不利施工状态可以得到脚手架立杆之间的间距和步距,脚手架立杆不仅要保证稳定性,同时还需要承受上部施工荷载,要经过计算后满足施工要求。中心脚手架一般采用Ф48×3.5 钢管搭设,中心脚手架如图 2-2 所示。

图 2-2 中心脚手架立面图

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第 3 章 筒仓刚性滑模平台模块化设计......................15

3.1 模块化简介............................15

3.1.1 模块化设计思想..................15

3.1.2 模块化在滑模施工中的需求....................15

第 4 章 模块化刚性滑模平台整体设计........................23

4.1 SAP2000 简介.....................23

4.2 参数选择........................23

4.3 仓顶施工工况..........................23

第 5 章 模块化刚性滑模平台拼接节点设计...........................37

5.1 辐射桁架拼接设计................................37

5.2 中心桁架拼接设计.................38

5.3 鼓圈拼接设计................................39


第 6 章 模块化刚性滑模平台施工关键技术


6.1 模块化刚性滑模平台组装工艺

模块化刚性滑模平台的组装宜按照下列程序进行,并应根据现场实际情况完善滑模平台,组装详细流程为:放线抄平→搭设平台安装支撑平台→拼装鼓圈→安装辐射桁架→安装下撑式拉杆→拼装环向支撑→安装 U 型卡扣→安装内吊架→安装外吊架→安全网张挂

(1)首先要在施工现场进行放线抄平,能够精确定位中心盘位置,然后搭设模块化刚性滑模平台的安装支撑平台,然后将鼓圈模块中的中心桁架部分与中心盘使用普通螺栓进行连接,再然后将拼装鼓圈的标准节通过法兰节点进行拼接牢固。

(2)模块化刚性滑模平台的辐射桁架拼接可以与鼓圈的安装同步进行,根据所使用的筒仓平台尺寸进行计算出所需辐射桁架的长度,通过螺栓及拼接节点连接构件将所需辐射桁架进行组装连接,之后将连接完成的辐射桁架整体吊起,通过螺栓将辐射桁架下弦固定至鼓圈立柱的钢牛腿位置,使钢牛腿作为辐射桁架的支撑点,降低后续安装时螺栓对孔的难度,最后完成辐射桁架上弦与鼓圈上环梁的连接,至此模块化刚性滑模平台辐射桁架与鼓圈连接完毕。

(3)鼓圈与辐射桁架安装完成后开始进行拉杆的安装,拉杆两端通过耳板使用销轴与鼓圈、辐射桁架的两端分别进行连接,两根圆钢通过对丝套筒进行连接形成拉杆,拉杆在对丝套筒连接时一定要张紧。

(4)在整个模块化刚性滑模平台的鼓圈、辐射桁架、拉杆安装完毕后进行环向支撑的拼装,环向支撑使用煨弯的槽钢通过连接板使用普通螺栓来进行拼接,环向支撑由内向外依次安装,使用 U 形卡扣连接方式把槽钢固定在每榀桁架的上下弦。

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结论

本文参考模块化技术,提出一种筒仓模块化刚性滑模平台。运用有限元软件SAP2000 建立了整体平台模型,对平台整体结构进行了加载分析和优选杆件截面,同时运用有限元软件 ABAQUS 对复杂

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