發(fā)電廠大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著局部模型分析

盧欽先

（廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510663）

1 塔吊柔性附著技術(shù)概述

自然通風(fēng)冷卻塔是國內(nèi)火電廠與核電廠的重要組成部分。隨著單機(jī)容量的擴(kuò)展以及大型間接空冷系統(tǒng)的使用，雙曲線型自然通風(fēng)冷卻塔正向超大型方向發(fā)展。而在冷卻塔施工中，塔筒施工是其中最困難的部分，由于壁厚小而高度大，其垂直運(yùn)輸問題不易解決，尤其對(duì)于超大型冷卻塔，采用電建系統(tǒng)通行的多孔井字架以及使用常規(guī)的自升式塔吊的剛性附著技術(shù)均實(shí)施困難，不再適用［1，2］。反之柔性附著的中心塔不僅解決了平面狹窄無法施工的困難，而且加速了施工進(jìn)度，節(jié)約了施工費(fèi)用。經(jīng)實(shí)踐證明，塔吊柔性附著技術(shù)適合在大型冷卻塔施工中采用。

但對(duì)于超大超高冷卻塔，塔吊的柔性附著技術(shù)得到成功實(shí)施的案例少，施工規(guī)范也尚無這方面內(nèi)容的明確規(guī)定。目前更多研究集中于塔吊自身［3，4，5］，而施工期塔筒的結(jié)構(gòu)安全與塔吊安全密切相關(guān)，因此本文以附著點(diǎn)局部塔筒模型為研究對(duì)象，基于某電廠具體項(xiàng)目，運(yùn)用大型有限元軟件ANSYS對(duì)不同柔性附著方案進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，分析了不同附著點(diǎn)間距及混凝土齡期的受力規(guī)律，并提出了局部加固建議。

2 局部模型分析

2．1 影響因素及分析模型選取

塔吊通過鋼絲繩與固定于塔筒混凝土內(nèi)部的附著框連接，通過附著框?qū)摻z繩的內(nèi)力傳遞到塔筒，附著框?qū)炷了灿绊懛秶礊榫植糠治瞿Ｐ瓦x取范圍?？紤]到附著期間為塔筒施工期，混凝土變形自然受到齡期影響；同時(shí)，塔筒的應(yīng)力集中程度亦受到附著點(diǎn)間距的影響，附著點(diǎn)間距的增大有助于應(yīng)力擴(kuò)散，但考慮實(shí)際施工便利性，不應(yīng)過大。此外，對(duì)于塔筒的局部屈曲，通常在塔筒整體受力分析中考慮。因此，局部分析模型可考慮混凝土齡期和附著點(diǎn)間距作為分析因子。

對(duì)于圓截面的塔筒而言，由于柔性附著局部受力分析需要細(xì)分網(wǎng)格，帶來的計(jì)算工作量巨大，加上柔性附著的每組受力相對(duì)獨(dú)立，影響范圍一般在1／4圓周之內(nèi)，因此，根據(jù)塔筒的對(duì)稱性以及塔吊整體附著方案分析，截取冷卻塔喉部附近1／4圓周的塔筒作為局部計(jì)算模型。

結(jié)合某電廠冷卻塔具體參數(shù)，計(jì)算高度約取兩道附著的間距，共40 m；以網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分，單位長度約為0．5 m。模型的邊界為頂部自由，底部和兩側(cè)施加約束。附著力所受拉力為每個(gè)點(diǎn)60 kN，兩層共8個(gè)點(diǎn)，每層4個(gè)附著點(diǎn)。模型三維圖如圖1。

2．2 不同附著點(diǎn)間距計(jì)算分析

結(jié)合某電廠的分析實(shí)例，混凝土齡期固定為15天，錨固點(diǎn)間距分為1．0×1．0m，1．5×1．5 m，2．5×2．5 m，3．5×3．5 m，4．5×4．5 m，5．5×5．5 m共6種方案，分析各工況下主拉應(yīng)力和最大位移變化規(guī)律。

圖1 附著點(diǎn)局部分析模型

計(jì)算結(jié)果表明，在附著力的作用下，塔筒局部應(yīng)力較為集中，局部變形明顯。在錨固正中區(qū)域出現(xiàn)最大的變形，變形沿著拉力作用方向。在錨固點(diǎn)兩側(cè)受到集中力的帶動(dòng)，亦出現(xiàn)兩個(gè)比較應(yīng)力和變形比較集中的區(qū)域，隨著錨固間距的加大，兩側(cè)的應(yīng)力集中區(qū)域與中央的應(yīng)力集中區(qū)逐漸融合，應(yīng)力集中度逐漸下降。各個(gè)模型的主拉應(yīng)力和最大位移統(tǒng)計(jì)如表1；方案一和方案六的變形圖例見圖2和圖3。

表1 附著點(diǎn)錨固方案計(jì)算結(jié)果

圖2 方案一模型總位移圖

圖3 方案六模型總位移圖

2．3 附著點(diǎn)不同混凝土齡期計(jì)算分析

結(jié)合某電廠分析實(shí)例和實(shí)際施工連續(xù)作業(yè)流程，局部模型混凝土的材料參數(shù)在附著點(diǎn)以上分別按照15天、7天、3天齡期混凝土材料參數(shù)取值。附著點(diǎn)以下按照28天齡期的混凝土參數(shù)取值。附著力大小和附著點(diǎn)間距不變。

計(jì)算結(jié)果表明，混凝土齡期參數(shù)的改變，主要影響結(jié)構(gòu)位移，對(duì)于應(yīng)力影響很小，如表2。本計(jì)算模型中結(jié)構(gòu)位移在齡期提前由15天變成3天，位移增大23%。對(duì)于應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，由于規(guī)范允許的拉壓應(yīng)力減小很多，3天齡期的混凝土主拉應(yīng)力已經(jīng)超過抗拉強(qiáng)度，而7天的齡期則接近允許值。因此，就本計(jì)算項(xiàng)目而言，在所有荷載設(shè)置滿足實(shí)際情況的前提下，附著點(diǎn)齡期至少應(yīng)當(dāng)在7天以上，建議預(yù)留一定安全儲(chǔ)備，附著點(diǎn)混凝土齡期應(yīng)保持在15天以上。

表2 附著點(diǎn)砼不同齡期計(jì)算結(jié)果

3 結(jié) 論

發(fā)電廠大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著局部模型分析結(jié)論：

（1）柔性附著局部分析模型可選用附著點(diǎn)間距和塔筒混凝土齡期作為關(guān)鍵影響因素，通過具體計(jì)算分析，選定合理參數(shù)，保證塔筒局部受力安全穩(wěn)定。

（2）附著點(diǎn)間距對(duì)于塔筒局部應(yīng)力集中和變形影響最大，本文分析實(shí)例中附著點(diǎn)間距從1．0m增大至5．5 m，主拉應(yīng)力減小了60%；最大變形減小了55%。

（3）混凝土齡期參數(shù)的改變，主要影響結(jié)構(gòu)位移。本分析實(shí)例建議附著點(diǎn)混凝土齡期保持在15天以上。

（4）局部加固的建議，應(yīng)當(dāng)考慮減小附著力本身和加大附著點(diǎn)間距，選用合理混凝土齡期，實(shí)際工程應(yīng)做具體計(jì)算分析。

［1］ 王富昌．電廠冷卻塔施工工藝改進(jìn)及探索［J］．電力建設(shè)，2000，（7）：49－51．

［2］ 錢建軍．塔式起重機(jī)軟附著的設(shè)計(jì)計(jì)算［J］．建筑機(jī)械設(shè)計(jì)與管理，2005，（3）：73－74．

［3］ 李守林．電廠冷卻塔機(jī)械化施工的垂直運(yùn)輸方法［J］．建筑機(jī)械化，2005，（5）：19－23．

［4］ 李進(jìn)城，李江河．塔式起重機(jī)在電廠特大型冷卻塔中的應(yīng)用［J］．建筑機(jī)械化，2003，（7）：37－38．

［5］ 廖奇云．塔機(jī)軟附著在雙曲線冷卻塔施工中的應(yīng)用［J］．建筑機(jī)械化，2001，（1）：32－33．