液壓爬模技術(shù)及應(yīng)用

李明慶，王芳初，王海軍，李國(guó)良

（浙江通達(dá)鋼模有限公司，浙江 湖州 313219）

爬模是利用附著在已澆筑成型的建筑結(jié)構(gòu)上的爬升機(jī)構(gòu)，隨建筑結(jié)構(gòu)逐層升高施工的一種模板工藝。液壓爬模技術(shù)綜合了大模板和滑動(dòng)模板的優(yōu)點(diǎn)，采用模板與爬模架聯(lián)體同爬技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于索塔、高墩、高層建筑工程和橋梁工程等[1]。

某塔樓結(jié)構(gòu)高為175 m，采用框筒結(jié)構(gòu)型式。由于爬模系統(tǒng)外圍采用全封閉圍護(hù)，擋風(fēng)系數(shù)取值為1，其所受風(fēng)荷載成為結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)荷載，普通腳手架體系難以滿足受力要求。因此設(shè)計(jì)開發(fā)了新型桁架式液壓爬模系統(tǒng)。由于風(fēng)荷載對(duì)本項(xiàng)目的爬模系統(tǒng)有著關(guān)鍵的影響，結(jié)構(gòu)的分析必須在不同情況下的風(fēng)荷載作用基礎(chǔ)上進(jìn)行。

本文將分析液壓爬模系統(tǒng)在自重、風(fēng)荷載、施工荷載及模板荷載等作用下結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)。

1 桁架式液壓爬模結(jié)構(gòu)方案

桁架式液壓爬模主體結(jié)構(gòu)主要有操作平臺(tái)系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、爬升機(jī)械系統(tǒng)、液壓動(dòng)力系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)這5個(gè)部分組成[2]，如圖1所示。

圖1 桁架式液壓爬模系統(tǒng)構(gòu)成

2 有限元模型

2.1 材料及單元的選擇

根據(jù)液壓爬模系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)，材料選用Q235，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

鋼彈性模量Es=2.06×105MPa；

材料容許應(yīng)力[σ]=215 MPa。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件等選用一般梁?jiǎn)卧M，主平臺(tái)鋼板采用板單元模擬。模型嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)真實(shí)截面進(jìn)行模擬。

2.2 模型建立[3]

液壓爬模結(jié)構(gòu)豎向受力，主要由承重掛鉤承受；水平風(fēng)荷載，由承重掛鉤和下部撐腿共同承受。在爬模正常工作狀態(tài)下，頂部增加拉結(jié)點(diǎn)，可以明顯降低承重掛鉤的水平受力，改善結(jié)構(gòu)的受力體系。

在爬升工況下，液壓爬模承重掛鉤和下部撐腿通過(guò)限位裝置沿著導(dǎo)軌爬升，共同承受水平荷載；豎向荷載由防墜裝置承受。

本工程爬模最大跨度為12 m，因此，計(jì)算模型單元寬度按最不利情況取12 m。采用Midas gen Ver.730建立的有限元模型如圖2。

圖2 液壓爬模有限元模型

3 計(jì)算結(jié)果

以工況一（8級(jí)風(fēng)正風(fēng)壓）的工作狀態(tài)為例。

3.1 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

液壓爬模結(jié)構(gòu)在本工況下的最大組合應(yīng)力為-155.6 MPa，位于綁筋操作架小梁處，其中主要承重構(gòu)件最大應(yīng)力為-142.1 MPa，位于機(jī)位位置主桁架大梁上，如圖3所示。

圖3 工況一組合應(yīng)力圖

3.2 變形計(jì)算結(jié)果

液壓爬模結(jié)構(gòu)在本工況下的最大變形為4.43 cm，滿足要求，位于爬模頂端，如圖4。

圖4 工況一變形圖

3.3 系統(tǒng)在不同工況下的力學(xué)性能

通過(guò)同樣計(jì)算，得到桁架式液壓爬模系統(tǒng)在不同工況下的力學(xué)性能見表1。

表1 各工況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上對(duì)新型桁架式液壓爬模系統(tǒng)，在200 m高度不同工況的計(jì)算分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）通過(guò)采用桁架結(jié)構(gòu)作為主要受力構(gòu)件，極大地提高了結(jié)構(gòu)的承載能力，增加了結(jié)構(gòu)的整體剛度，改善了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（2）在8級(jí)風(fēng)作用下最大應(yīng)力為197.9 MPa，最大變形為5.52 cm，滿足承載力和正常使用要求。相比傳統(tǒng)提升腳手架系統(tǒng)，避免了大風(fēng)情況下無(wú)法正常施工，甚至需要清除多余荷載等問(wèn)題，大大提高了施工效率，節(jié)約了工期。

（3）在10級(jí)風(fēng)環(huán)境下，在爬模上部的作業(yè)層必須增加拉結(jié)，其最大應(yīng)力-200.4 MPa，最大變形2.97 cm，滿足承載力和變形要求。

[1]龍 瓊，張 剛.液壓爬模系統(tǒng)的構(gòu)造及應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，25（3）：26-31.

[2]顧國(guó)明，夏衛(wèi)慶，唐建飛，陸 云.閔浦大橋液壓爬模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].建筑機(jī)械化，2007，(10)：31-33.

[3]周海兵.液壓爬模系統(tǒng)有限元分析[J].山西建筑，2011，37（13）：36-38.