
施工液壓平臺由中心鼓圈、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(shí)堆放及人員的水平輸送;平臺頂面設置一根抱桿,通過(guò)卷?yè)P機形成簡(jiǎn)易的垂直運輸工具;煙囪筒壁混凝土內均勻埋設爬桿,由穿心式液壓千斤頂通過(guò)爬桿向上爬升,從而帶動(dòng)輻射梁上升,實(shí)現液壓平臺的提升。液壓施工平臺結構如圖所示。
由于液壓施工平臺結構復雜、超靜定次數高、所受荷載種類(lèi)繁多,手算過(guò)程比較繁瑣并且會(huì )因過(guò)度簡(jiǎn)化而導致計算結果偏差較大,因此,本文采用有限元分析軟件ANSYS對平臺主結構進(jìn)行計算,根據其計算結果對施工平臺進(jìn)行優(yōu)化。
此次模擬原點(diǎn)位于平臺中心,z軸正向為豎直向上,x軸和y軸在平臺面內分別指向直徑方向。以各型鋼的形心軸線(xiàn)建立模型,系統包括中心鼓圈上環(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。由于爬升桿埋在混凝土里,因此此次模擬約束爬升桿6個(gè)自由度,即固定約束。整體模型如圖所示。
按最不利工況計算:平臺處于10m以下標高,筒身外半徑為18500mm,混凝土壁厚650mm,抱桿工作,可變荷載作用在輻射梁上。以下標高,筒身外半徑為18500mm,混凝土壁厚650mm,抱桿工作,可變荷載作用在輻射梁上。
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。
永久荷載分項系數取1.2,可變荷載分項系數取1.4,基本風(fēng)壓按0.6kN/m2考慮。按規范要求,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(lèi)見(jiàn)表。
施工平臺結構強度和剛度計算結果如圖所示以下應力單位均為MPa,位移單位均為mm。
根據GB50017-2003《鋼結構設計規范》,由于鋼材采用Q235鋼且厚度小于16mm,因此鋼材強度設計值[σ]=215.0MPa。
此平臺為特殊結構形式,豎向剛度無(wú)相應標準可查,用戶(hù)根據使用經(jīng)驗及施工要求確定結構撓度容許值[f]=L/250。平臺整體跨度L1=35280mm,撓度許用值[f1]=L1/250=141.1mm;鼓筒上平面最長(cháng)平桿長(cháng)度L2=11710mm,撓度許用值為[f2]=L2/250=46.8mm。根據原結構應力結果可知: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215.0MPa。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(mǎn)足平臺的受力要求,考慮加大型鋼型號;同時(shí),由于環(huán)梁應力較小,考慮減小環(huán)梁型鋼型號。由原結構位移結果可知:最大豎向位移出現在平臺中心,為241.0mm>[f1]=141.1mm,撓度不能滿(mǎn)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。優(yōu)化后結構計算成果分析結構進(jìn)行優(yōu)化后,強度和剛度計算結果如圖。
由優(yōu)化后的平臺結構應力分析結果可知:中心鼓圈上弦最大應力為219.7MPa>[σ]=215.0MPa,超出許用值2%(如圖所示)。分析其原因為鼓筒上平面平桿與輻射梁相交處拉開(kāi)距離,此時(shí)為抱桿工作,施工可變荷載作用在輻射梁上,施工過(guò)程中應注意監測。輻射梁最大應力為210.5MPa,環(huán)梁最大應力為106.3MPa,中心鼓筒下弦最大應力為195.4MPa,以上應力均小于許用值,滿(mǎn)足設計要求。
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