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滑模拖带技术在筒仓工程中的应用

日期：2015-9-18 14:06:28　来源：本站原创　浏览数：
　

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    20 世纪初，随着施工综合管理水平逐步提高及集中控制设备和液压滑模千斤顶的研制成功，滑模施工工艺于20 世纪40 年代中期在国外得到较好发展，并开始广泛应用于建筑领域。我国的滑模施工技术发展相对较晚，但是近年来发展速度很快，发展日臻成熟，其具有施工速度快，混凝土连续性好，材料消耗少等特点。随着技术的不断创新，传统的滑模又派生出很多种新的滑模工艺，但是大多仍处在研究和探索阶段，比如滑模拖带技术在具有较重仓顶的大直径筒仓施工中的应用。与这类结构先下后上的传统施工方法相比，滑模拖带的施工方法可以加快施工速度，降低施工费用，减少周转工具。因此，本文结合海南华盛天涯水泥有限公司1 号熟料库项目对该种施工工艺进行介绍。
    1· 工程概况
    海南项目水泥熟料库库壁为钢筋混凝土结构，仓顶为圆台形单层空间网格结构。库壁顶标高为23. 750m，14m 以下壁厚为750mm，14m 以上壁厚为520mm; 仓顶上部标高为42. 500m，跨度为60. 4m，上部圆形平台半径为6. 85m，上部平台由18 根斜钢梁GL1 支撑，整个钢结构仓顶由钢梁GL1 和GL2 支撑在库壁顶部环梁上，GL1 与GL1 之间用系杆相连，GL1 与GL2 之间用系杆和钢梁GL3 相连，总重约180t，如图1 所示。

     2· 滑模拖带装置设计
    滑模拖带装置主要包括模板系统、支撑系统、液压提升系统、操作平台系统和平衡系统。其中模板系统包括模板、围圈和提升架; 支撑系统即支撑杆; 液压提升系统包括液压千斤顶、控制台和油路;操作平台系统包括操作平台和吊架料台。
    与一般的滑模施工装置相比，在以上各个系统中，除以下几点外，其他都与普通滑模一致，其设计方法也类似，故不再在此赘述。不同的几点如下。1) 该工程有2 个液压提升系统中的控制台，2个控制台的设计也和普通滑模装置的相同，只是由于该工程筒径大，需要安装的液压千斤顶数目多，一共216个，所以由2 个液压控制台控制，但为保证所有千斤顶的顶升动作一致，该工程采用联动的机制。
    2) 该工程独有的平衡系统一般由库顶钢结构、拉杆、花篮螺栓和圆盘组成。拉杆可采用16 以上的圆钢制作，圆盘可用厚10mm 以上的钢板制作，半径一般取0. 8 ～ 1m。花篮螺栓设置在拉杆端部，其最大抗拉强度应大于所选用拉杆的最大抗拉强度。且拉杆的抗拉强度应大于理论分析的拉杆最大力值乘以动力系数的值。提升前，应在拉杆上施加适当预应力，改善库顶结构的受力状态，减小结构变形，减弱对滑模体系的不利影响。如图2 所示。

    3) 需设置单独的斜钢梁抬升支座，其将2 根Ι20 分别焊在提升架横梁的两端，再将这2 根工字钢与斜梁底座焊接固定。
    4) 需对支撑杆的脱空长度进行稳定性验算。
    5) 需采用加强型围圈。
    3· 滑模拖带的理论计算
    根据顶升时钢结构仓顶的实际安装情况，用Midas /Gen 软件建模分析，仓顶平面图和仓顶模型如图3 所示。

    荷载取值: 恒荷载取钢结构仓顶已安装构件的自重; 由于滑升时未安装侧面板，所以风荷载很小，又由于滑升时无其他活荷载，因此滑升时活荷载不予考虑。得出滑升前钢梁GL1、钢梁GL2 下抵抗水平推力的拉杆理论值如表1 所示。

    由分析结果知，钢梁GL1 底端节点径向力在80. 11 ～ 86. 88kN，钢梁GL2 底端节点径向力在3. 33 ～ 3. 36kN，暂考虑1. 3 的动力系数后: 钢梁GL1处节点径向力: 104. 14kN≤F’ 径≤112. 94kN; 钢梁GL2 处节点径向力: 4. 33kN≤F″径≤4. 37kN。
    为了验证上述分析，用结构力学求解器建立简化模型，进行简易计算，如图4 所示。

    通过计算得出梁端底部的径向分力为83. 70kN，与Midas 软件计算结果相比，误差范围2. 6% ～ 3. 9%。
    4· 滑模拖带施工原理
    滑模拖带施工以集群液压千斤顶为动力，通过支座将滑模提升架与拖带体系相连，从而实现拖带体系随滑模同步提升。拖带结构为壳体结构时，会在支座处产生较大的水平推力，设置辐射状水平拉杆，抵抗支座处的水平推力，使拖带结构自身形成稳定的体系，实现滑模体系和拖带结构的同步稳定提升。整个工程施工系统工艺原理如图5 所示。

    5 ·滑模拖带施工
    滑模拖带施工库顶钢结构就位前部分的施工过程和常规滑模类似，在此不再赘述，施工中应该注意的问题和库顶钢结构就位流程如下所述。
     5. 1 施工中应该注意的问题
    1) 应严格按照《滑动模板工程技术规范》GB50113—2005 进行滑模组装，并且对安装的质量进行验收。滑模过程中应加强对垂直度和扭转的观测，每班不少于2 次，发现数据异常应立即采取纠偏纠扭措施。
    2) 浇筑混凝土应该遵循分层交圈、交换方向的原则。分层交圈就是按每层20cm 进行闭合浇筑，交换方向就是按照顺、逆时针分层循环浇筑，以避免模板因长时间受一个方向的力发生扭转。
    3) 正常滑升过程中，当气温比较高时，需增加1 ～ 2次的中间提升，同时，混凝土浇筑时，应先浇阳光直射的较厚的部分。
    4) 一般情况下，筒壁应连续浇筑，不设施工缝。但是当遇到机械出现故障无法及时排除更替、停电时间过长时，要依照规范设施工缝。
    5) 应在施工前提前准备高扬程水泵供水，以备养护人员对混凝土进行养护。养护时间不应小于7d，还可以通过连续喷雾或涂养护液的方法进行养护。
    6) 施工期间应时刻关注天气变化，小雨浇筑不受影响; 中到大雨应做好防雨准备; 暴雨时应暂时停工; 特大暴雨伴有狂风时应马上停工，设施工缝并做充分的防护工作。
    5. 2 库顶钢结构就位
    库顶钢结构就位流程为: 将支座升降螺栓下垫板的螺母拧紧→ 用千斤顶置换出库顶钢结构支座竖向反力→ 割除支座槽钢横梁→将支座横梁反转平放，与门架焊接固定→ 放置硬木块，并与库顶钢结构留出一个下降高度的间隙→ 松开支座降落螺母和千斤顶，使库顶钢结构降落→ 钢斜梁支座分组依次降落就位→ 推力支座二次灌注→ 抗推力辐射拉杆拆除。
    6 ·施工关键技术与难点
    施工的关键技术与难点如下: ①控制千斤顶同步稳定提升的问题。现场布置了2 个液压控制台，216 个千斤顶，千斤顶分担的竖向力不全部相同，提升过程中各千斤顶之间会有一定的行程差。②控制水平推力的问题。仓顶整体质量大，斜向支撑在库壁滑模系统上会向外产生较大的水平推力，对滑模系统产生不利影响。③保证施工过程中的安全问题。施工时，由于物料摆放、人员走动、顶升高差等因素，会使滑模产生一定的不利变形。
    因此，合理的施工顶升过程监测是保证本工程顺利完成的重要环节。
    7· 施工过程监测
    7. 1 监测内容
    单层网壳钢结构库顶质量和跨度都很大，提升高度高，滑模体系在支座水平推力的作用下会产生变形，会影响施工质量和安全。施工中水平推力靠平衡系统中的拉杆抵抗，而拉杆力值是不断变化的，且影响拉杆力值的因素不确定，因此应对整个滑升过程进行监测，监测的内容为平衡系统中平衡水平推力的拉杆应力，滑模的径、环向变形，并注意观察现场的施工环境情况。
    7. 2 监测方案
    7. 2. 1 监测点的布设
    应力监测点布设一般沿着筒仓周长均匀布置，根据初步的分析结果以及考虑传感器的安装和数据采集的方便，确定传感器的安装数量和位置，其监测点的布置如图6 所示。

    7. 2. 2 监测方法
    因为该类工程为实时、露天监控，要求传感器应满足长期监测工作的要求，并且受环境影响小、稳定性好且价格适宜。因此选用振弦式钢筋应力计以及相配套的动态采集器和智能检测仪，与相应配套的软件系统及各种附件组成了应力监测系统。
    采用直尺和线锤观测滑模的径向变形，用经纬仪观测滑模的环向变形。径向变形的观测点在水平轴和竖直轴两侧。
    7. 3 监测结果和分析
    现场监测的拉杆力值如图7 所示。

    为了进一步研究各个拉杆的内力变化规律，对其在整个施工中各个拉杆不同时间点的力值做了数据统计并作图，全部杆力值概率分布如图8 所示。

    滑升过程中实时监控滑模的径、环向变形如下: 最大径变形A轴左为53. 8mm，A轴右为39. 3mm，①轴上为25. 7mm，①轴下为32. 1mm; 环向最大变形为100. 5mm。
    通过监测结果可以得到如下结果。
    1) 由于人员走动、材料摆放位置、千斤顶提升的高差等不确定因素的影响，拉杆力值不会像理论值一样不变。试滑时，由于结构的内力和变形得到了重新分配，所以初滑时拉杆力值变化较大。在整个滑升过程中，拉杆力值总体趋于稳定，但有2 处变化比较大，一处发生在仓壁改模时; 一处发生在最后托换钢梁时。现场监测到的最大值为132. 46kN，小于控制值，处于正常范围。最大值为理论分析计算最大值86. 88 kN 的1. 52 倍。为了保证拉杆的强度满足要求，设计拉杆时有足够的富余度，建议拉杆的设计系数( 动力系数) 取3。
    2) 由于影响拉杆力值的因素在滑升过程中具有随机性，所以在滑升过程中对称侧的拉杆力值并不具有对称性。
    3) 由拉杆力值概率分布曲线可知，大部分杆的杆力值近似服从正态分布，通过概率与数理统计的区间估计知识验证拉杆的设计系数( 动力系数) 取富余度3 足够。
    4) 由人员走动、拉杆力值变化、材料摆放等因素引起的径向变形会使库壁产生垂直偏差，滑升时，应实时观测径向变形，当超过限值应及时调整。