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旋转盘扣装配式桁架的用途和优化分析

时间:2018-11-27 17:21:46      

一、旋转盘扣装配式桁架的临时支撑体系

 

旋转盘扣装配式桁架由标准零件组成,包括旋转盘式扣件、空心球节点、弦杆、腹杆和防转卡销五个标准零件。 旋转盘式扣件,简称旋转盘扣,是一种新型联结件,它将杆件两端的连接板连接起来,等强传递杆件之间的拉压力。

1、2018年在零件的设计图纸上进行了改进,使旋转盘扣装配式桁架的组装更加快捷,提高了安装效率。

2、今年在零件的生产上,对图纸进行了冻结,对加工模具进行了改进,使零件生产效率成倍增加,使标准零件的生产具备了大规模生产的能力,为旋转盘扣装配式桁架大面积推广和应用奠定了基础。     

旋转盘扣装配式桁架在结构上组装灵活,可组装成单片多跨桁架,也可将单片桁架并列组装成多片多跨桁架,也可在竖直方向上再叠加为多层桁架,形成N片N跨N层装配式桁架体系,形成大跨度装配式桁架桥梁或承载平台。

旋转盘扣装配式桁架正交正放可组装成平板网架,在竖直方向上也可组装成N层网架,形成大截面大高度的承载点或承载平台。如把空心球节点作为拉结点,捆绑钢丝绳形成拉索,可以形成悬吊网架(桁架)、斜拉网架(桁架)和预应力网架(桁架),能显著提高网架(桁架)的承载能力和应用形式。

旋转盘扣装配式网架如按脚手架要求组装,由于无偏心受力,所以承载能力大,可实现超高脚手架、悬挑脚手架、移动式脚手架、大跨空脚手架等。

二、旋转盘扣装配式桁架的用途用法

1、砼筒仓仓顶施工支撑平台

旋转盘扣装配式网架根据筒仓直径的大小在地面组装后,随滑模施工拖带至设定的位置处,用悬拉索固定。按照图纸绑定悬拉索和斜拉索,然后在旋转盘扣装配式网架上搭设满堂红脚手架,铺设模板,进行仓顶结构施工。悬拉索和斜拉索安装如图所示。

大直径造粒塔的喷淋层和粮仓的仓顶,它的仓顶荷载要比煤仓小得多,所以它的施工可按照相同的原理和步骤进行施工。这样,旋转盘扣装配式桁架系统解决了任意直径筒仓封顶和造粒塔喷淋层施工的技术难题(目前煤仓锥壳最大直径达到36米,造粒塔最大直径达到30米),文章最后以30米煤仓仓顶的施工为例,来说明旋转盘扣装配式桁架的使用细节。

2、城市地下综合管廊明挖施工步履式循环作业法

管廊步履式循环作业法采用三段浇筑法, 管廊基础采用传统施工法,立墙采用旋转盘扣装配式桁架滑移台车浇筑法, 管廊顶板采用叠合板施工法。

2.2.1旋转盘扣桁架滑移台车的拼装与组合:浇筑完底板混凝土,底板浇筑模板拆除完后,绑扎立墙钢筋;    

组装旋转盘扣桁架滑移台车,在桁架台车上安装模板轨道梁,在轨道梁上铺设走道板,安装墙体模板,进行调试运行。

2.1.2、旋转盘扣桁架滑移台车稳定后进行正常模板加固,利用桁架台车自身骨架及基坑侧壁进行加固,加固完成后,完成墙体的浇筑施工。

2.1.3、等前面施工段底板完成后绑扎墙体钢筋,将桁架台车和模板松开与墙体分离,将桁架台车和模版系统整体前行达到下一标准段,实现流水作业。

旋转盘扣桁架滑移台车,采用标准杆件和节点进行连接,可以满足各种不同高度、不同宽度、不同分段长度的管廊的施工,便于人工安拆,组合方便。可以随时吊出吊入基坑,随时满足施工段长度的调整。架体横梁部分是模板的滑道,中间加设连接节,满足不同宽度的管廊施工,同时将整个桁架滑移台车连成一个整体,使桁架滑移台车在运输模板体系时稳定行走。

使用桁架滑移台车实现了墙体大模板整体运输,整体安拆,极大地提高了施工速度,使整个管廊施工实现了循环流水作业。

3.旋转盘扣装配式桁架滑移支架

旋转盘扣装配式桁架组装后,在每根立杆下装上行走轮,可形成滑移式支撑点,滑移式支撑带,滑移式支撑面;也可组装成桥式滑移支撑平台,龙门式滑移支撑平台。滑移式支撑平台由于支撑轮多,布置灵活,高度和跨度可任意拼装,滑移过程中可跨过多种障碍。

3.1、桥式滑移支撑

旋转盘扣装配式桁架可组装成桥式滑移支撑平台,用于高空网架钢结构安装,在结构框架柱内侧设置滑移轨道,将桁架作为网架钢结构单元的安装平台,每次安装完一个框架柱间网架,降低安装平台上的支撑点,将安装平台整体滑移至下一个安装跨度单元,逐跨完成整个网架的安装,最后,拆除滑移安装平台,周转下次再用。

旋转盘扣桥式滑移平台可以组装成多层桁架,承载力会不断加大,可有效地解决网架跨度大,现场大型吊装设备难以就位的困难,比满堂红脚手架节省大量的空间和费用。

3.2、多跨龙门式滑移支撑平台

3.2.1.工程概况

本工程为山西某煤矿储煤棚工程,结构形式为平板网架,储煤棚网架长85.8米,宽54.9米,煤棚内的栈桥为已有建筑,网架安装煤场不能停运,搭设满堂脚手架不能实现,所以,采用旋转盘扣式桁架滑移平台进行安装。旋转盘扣式桁架滑移平台长84米,宽9.6米,即施工平台为84米×9.6米。

3.2.2.施工步骤:

  1. 确定滑移轨道位置。用全站仪确定每道轨道起点与终点,清理轨道线,浇筑一层混凝土找平,使轨道线在一个水平面。在轨道延长线上两端设置地锚,用于倒链牵引施工平台滑移使用。

  2. 组装支撑桁架,支撑桁架组装完成后,用吊车吊装到相应的轨道上,用临时支撑加以固定。

  3. 旋转盘口式桁架施工平台的组装分为两次组装,先组装一跨桁架平台,用吊车吊装到支撑平台上,加以连接固定,后组装另一般平台,依次吊装固定。平台固定好以后,上平面铺上施工架子板,形成网架施工滑移平台。

  4. 网架组装:网架配件吊运到施工平台上并组装,每次组装一个轴线的网架。

  5. 1-2轴网架安装完成后,去掉平台上临时支撑,以倒链牵引平台滑移到2-3轴位置固定,安装2-3轴网架,其余网架用同样方法施工。

  6. 平台拆除:网架施工完毕后,解除平台与竪向支撑的连接,把平台一分为二,固定好立柱后,用吊车拆掉平台,再拆除立柱,分跨依次拆除。

4.1.大跨度钢结构厂房屋盖

网架的优点在于承载能力大,能实现大跨度屋盖。旋转盘扣装配式桁架组装成网架,作为大跨度钢结构屋盖,能实现大跨度钢结构厂房(车间)的多次周转使用。

4.2.可移动式钢结构厂房

将大跨度钢结构厂房装上轮子,铺上轨道,可实现移动式钢结构厂房。旋转盘扣装配式桁架组装成的网

目前,大跨度钢结构厂房正准备使用到地铁的沉井和地铁站的施工中。

5.悬挑结构施工支架

旋转盘扣装配式桁架由于无偏心受力,所以承载能力大,结构轻便,采用斜拉索可显著提高悬挑结构承载能力,满足大跨度悬挑结构的施工要求。

三、旋转盘扣装配式桁架的优点

旋转盘扣装配式桁架一种新颖的支撑形式,在大直径、超大直径筒仓仓顶施工中呈现出极大地优越性

(1)使用安全可靠:旋转盘扣装配式桁架正交正放组装成网架,通过天津大学建模计算,在21米煤仓现场1:1实体网架静载压力试验,校准计算模型,设计有依据,理论和实践相结合,使用起来安全更加可靠。

旋转盘扣装配式桁架组装成网架柱,在河南城建学院通过静载压力试验,明确网架柱单元的承载力特性,为网架柱的设计提供可靠依据。

在30米煤仓仓顶施工时,先对施工的各个阶段进行建模计算,然后对施工的各个阶段实行全程监测,将计算值和过程监测实际值对比,矫正偏差,使计算准确无误,确保施工安全。

(2)安拆更安全:旋转盘扣装配式桁架安装时在地面组装,由滑模提升系统拖带至固定高度,拆卸时整体吊装至地面,在地面进行分解,避免了许多高空作业,因此安拆过程更安全。

(3)安拆快捷,缩短工期:旋转盘扣装配式桁架临时支撑体系采用通用标准零件,搭设易规范,保证架体设计,组装灵活、通用性强,安拆快捷等能有效缩短工期。

(4)周转使用,降低成本:所有零件设计标准化,制造专业化,全部周转使用,降低了使用成本。对于不同直径的筒仓可直接组装,不需要改造,施工速度快,周转费用低,尤其是在一个工地多次使用效果更加明显。

四、30米煤仓施工案例分析

1、工程概述   

该工程为内蒙古鄂尔多斯大唐集团某选煤厂工程,煤仓为2个内径30m的圆形煤仓,仓顶标高为73.600m,每个煤仓储量为3万吨,仓顶结构为斜锥壳结构。 30米煤仓仓壁采用滑架倒模施工,质量标准为清水砼。 30米煤仓仓顶采用旋转盘扣桁架施工,具体布置图见图所示。

2 旋转盘扣桁架承载力计算

2.1 旋转盘扣桁架有限元模型

根据旋转盘扣桁架结构试验数值模型,对结构进行分析。建模假定各节点为铰接,按静力等效原则,将荷载作用在节点上,施加节点荷载437个。

应用大型通用有限元软件ANSYS,建立三维有限元模型,如图所示,桁架的竖杆、横杆和斜杆采用LINK8单元模拟,拉索也采用LINK8单元模拟,每根杆件、拉索划分为1个单元,与试验加载对应施加约束和荷载。

因为桁架杆件存在连接间隙,有限元分析中采用刚度折减来考虑连接间隙等因素的影响,取杆件及拉索刚度折减这件系数为0.61。

2.2施工过程分析

本次30米煤仓仓顶施工,共分四次混凝土浇筑施工:

(1)下环梁+1.5米长锥壳,荷载180.吨;

(2)剩余4.4米锥壳,荷载337吨;

(3)上环梁(上部去700高)和同标高下平行梁,荷载393吨;

在每一个施工阶段的施工过程中,混凝土具有流动性,其荷载以均布荷载形式传递给支撑的旋转盘扣桁架,混凝土强度达到75%后,具有了承载能力,能够承受自身重量,由于其硬化后形状固定,与桁架形成变形和内力平衡,整个系统处于稳定阶段。在下一个施工阶段,新的施工荷载,即流动性混凝土形成的均布荷载作用在桁架上,若新的施工荷载没有超过上一阶段的施工荷载,则桁架变形不会增加,相应桁架内力也不会增加,也就是说只有下一阶段的施工荷载超过上一阶段的施工荷载,桁架内力才会增加。上述分析为旋转盘扣桁架在分阶段施工的变形协调分析,或者说,在下一个施工阶段上一阶段的荷载会不同程度的自动卸荷。

现场施工监测:在施工监测过程中,每次施工桁架杆件应力监测都为杆件应变监测,每次施工开始监测都把当前应变置为0,故每次监测时,只有在施工荷载超过上次施工荷载时,监测应变才会增加,否则监测仪器应变显示为0。

2.3第二阶段  施工4.4米长锥壳337吨荷载有限元计算

2.3.1 第二阶段施工旋转盘扣桁架杆件承载力分析

盘扣桁架在自重及337吨荷载作用下,由外圈吊索和中间吊索悬挂。

根据有限元计算结果中间一榀桁架在荷载作用下最大杆件受拉力109kN单根杆件许用承载力:N=489*310=152kN