可伸縮格構(gòu)式鋼桁架在不同直徑筒倉中的應(yīng)用

趙 艷

(西山煤電集團(tuán)設(shè)計院(有限公司)，山西 太原 030053)

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可伸縮格構(gòu)式鋼桁架在不同直徑筒倉中的應(yīng)用

趙 艷

(西山煤電集團(tuán)設(shè)計院(有限公司)，山西 太原 030053)

結(jié)合建筑筒倉操作平臺中鋼桁架的應(yīng)用現(xiàn)狀，介紹了可伸縮格構(gòu)式鋼桁架結(jié)構(gòu)的工作原理及研究的技術(shù)內(nèi)容，提出了其在工程中的應(yīng)用方案與工藝流程，并通過工程實例證明，可伸縮格構(gòu)式鋼桁架具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

鋼桁架，建筑筒倉，滑模施工，經(jīng)濟(jì)效益

1 建筑筒倉操作平臺中鋼桁架的應(yīng)用現(xiàn)狀

在超大直徑、大直徑、中小直徑筒倉滑模施工中，普遍采用“一臺兩用”的方案：即搭設(shè)一個平臺，既是倉壁滑模施工操作平臺，又是倉頂結(jié)構(gòu)施工的支撐平臺。比較常見的方法是利用桁架式和輻射梁下?lián)卫瓧U式操作平臺。

采用這兩種方法搭設(shè)操作平臺，都要根據(jù)筒倉直徑的變化，調(diào)整桁架和輻射梁的長度。而桁架和輻射梁是一次性設(shè)計、制作的，只能用于同一直徑和同一位置。當(dāng)筒倉直徑不一致或位置發(fā)生變化時，已經(jīng)設(shè)計、制作的桁架和輻射梁就不能直接使用。要么重新制作，要么改造。如果每遇到筒倉直徑變化就重新制作，將造成大量的物資積壓，只能采用改造利用的方法。但是每遇筒倉直徑變化一次，就要改造一次，不僅切割和焊接工作量較大，而且經(jīng)過幾次改造后，桁架桿件的幾何尺寸和內(nèi)力傳遞與原設(shè)計相比已經(jīng)面目全非，給安全生產(chǎn)留下了嚴(yán)重隱患。

2 可伸縮格構(gòu)式鋼桁架技術(shù)簡介

可伸縮格構(gòu)式鋼桁架是一種新型的建筑筒倉滑模施工平臺支撐裝置，其主要技術(shù)特點在于該裝置可應(yīng)用在超大直徑、大直徑、中小直徑建筑筒倉滑模施工中，具有可調(diào)節(jié)性，集模板爬升、綁筋施工作業(yè)平臺、倉頂結(jié)構(gòu)施工支撐平臺于一體，該裝置設(shè)計為組合式，可根據(jù)施工需求對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整設(shè)置，從而適應(yīng)更多工程應(yīng)用。

3 可伸縮格構(gòu)式鋼桁架結(jié)構(gòu)工作原理

用角鋼桿件和連接鋼板，在工廠配套制作矩形格構(gòu)式主、副桁架(一榀主桁架配兩榀副桁架，主桁架在中間，副桁架在兩端)，主桁架兩端頭搭接范圍和副桁架的上下弦桿上均勻布置有連接螺栓孔。運到現(xiàn)場后，根據(jù)筒倉直徑和桁架布置的位置，確定桁架所需長度。將副桁架從主桁架中抽出(兩端對稱進(jìn)行)，達(dá)到所需長度時，用普通螺栓將主、副桁架連接固定，就形成了用于筒倉倉壁滑模施工和倉頂結(jié)構(gòu)施工操作平臺所需的理想桁架。桁架用完后，卸下普通螺栓，將兩端副桁架縮進(jìn)主桁架，便于保存和運輸?？缮炜s格構(gòu)式鋼桁架結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

4 可伸縮格構(gòu)式鋼桁架研究的技術(shù)內(nèi)容

鋼桁架的計算：

1)作用荷載。桁架上的作用荷載包括永久荷載和可變荷載兩類，計算桁架內(nèi)力時應(yīng)考慮荷載分項系數(shù)、荷載組合系數(shù)，并按最不利荷載組合情況計算桁架桿件內(nèi)力。

2)桁架計算簡圖(見圖2)。

3)內(nèi)力計算。首先把桁架上的作用荷載等效地轉(zhuǎn)換到桁架節(jié)點上得到節(jié)點荷載，然后按《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中的數(shù)解法、圖解法或平面桁架有限元程序計算鉸接平面桁架桿件的軸力。待求得節(jié)點荷載作用下各桿件的軸力后，對有節(jié)間荷載的弦桿，再按剛接桁架計算該類桿件的正負(fù)彎矩值。桁架的桿件一般為軸心受力構(gòu)件，當(dāng)桁架弦桿作用有節(jié)間荷載時，則弦桿為壓彎(上弦)或拉彎(下弦)構(gòu)件。

從平面桁架出發(fā)，通過一些規(guī)則，在整合以后形成了格構(gòu)式桁架。通過空間模型，計算和規(guī)范驗算，在規(guī)范的理解和應(yīng)用方面，通過每一根桿件所受的力的不同，來進(jìn)行規(guī)范驗算。把次要的因素舍棄掉，把主要的因素保留下，簡化計算。更注重桁架的布置，才能在后期的規(guī)范驗算簡單。

本桁架使用長度范圍在10 m～18 m，可根據(jù)筒倉直徑調(diào)整邊桁架與中桁架進(jìn)行組合，組合后施工時必須根據(jù)實際情況予以計算復(fù)核。

4)計算所采用的計算程序。a.建模：采用中國建筑科學(xué)研究院編制的《鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件——STS》；b.結(jié)構(gòu)整體計算分析：采用中國建筑科學(xué)研究院編制的《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元，分析與計算軟件——SATWE》;c.節(jié)點設(shè)計：采用中國建筑科學(xué)研究院編制的《鋼結(jié)構(gòu)CAD設(shè)計軟件——STS》。

5)可伸縮格構(gòu)式鋼桁架主要材料。鋼材：均采用Q235-B，全部鋼材應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范保證抗拉強(qiáng)度、伸長率、屈服強(qiáng)度、冷彎實驗和碳、硫、磷含量的限值。鋼材的抗拉強(qiáng)度實測值與屈服強(qiáng)度實測值的比值不應(yīng)小于1.2；應(yīng)有明顯的屈服臺階，且伸長率應(yīng)大于20%；鋼材應(yīng)有良好的可焊性和合格的沖擊韌性。連接螺栓：普通螺栓采用C級及配套的螺母、墊圈，C級螺栓孔，規(guī)格M20，孔為φ225。

焊接材料：采用E43焊條，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5117碳鋼焊條的規(guī)定。必須經(jīng)試驗合格后方可進(jìn)行制作。二級角焊縫，焊縫hf=8 mm。

焊接質(zhì)量等級：全熔透焊縫的質(zhì)量等級均為二級,并應(yīng)符合與母材等強(qiáng)的要求。全熔透焊縫的端部應(yīng)設(shè)置引弧板，引弧板的材質(zhì)應(yīng)與焊件相同。手工焊引弧板厚度8 mm，焊縫引出長度不小于25 mm。焊劑應(yīng)符合GB/T 5293埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑及GB/T 12470低合金鋼埋弧焊用焊劑。

刷漆：鋼構(gòu)件徹底除銹后刷兩道紅丹防銹漆，兩道調(diào)和漆。

6)可伸縮格構(gòu)式鋼桁架安裝要求：所用鋼結(jié)構(gòu)及連接材料必須具有材料力學(xué)(機(jī)械)性能化學(xué)成分合格證明。

桁架單元及逐次安裝過程中，應(yīng)及時調(diào)整消除累計偏差，使總安裝偏差最小以符合設(shè)計要求，任何安裝孔均不得隨意割擴(kuò)，不得更改螺栓直徑。

桁架在工地組裝前必須按施工組織設(shè)計進(jìn)行，先拉伸至合適尺寸，并使之保持穩(wěn)定，然后逐次組裝其他構(gòu)件，再最終固定并必須保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，不得強(qiáng)行安裝導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件永久塑性變形。

5 工藝流程

調(diào)研→施工方案初步論證→可伸縮桁架草圖→初步驗算→現(xiàn)場靜載加壓(一周)→軟件精確分析內(nèi)力，與現(xiàn)場內(nèi)力測試結(jié)果作對比→正式制作→推廣。

6 可伸縮格構(gòu)式鋼桁架技術(shù)方案

1)組織有關(guān)人員進(jìn)行可行性研究，確定可伸縮桁架方案。

2)初步設(shè)計。根據(jù)可伸縮桁架方案進(jìn)行邊桁架、中桁架設(shè)計。

3)荷載調(diào)查計算。以將要設(shè)計的可伸縮格構(gòu)式桁架的最大長度，對應(yīng)筒倉的直徑，確定該倉頂結(jié)構(gòu)施工的最大荷載，并轉(zhuǎn)化為桁架的線荷載。

4)確定桁架的基本構(gòu)造形式。桁架的橫斷面為矩形(豎向)，兩側(cè)面(正立面和背立面)與普通平行弦桁架相同，桁架上下平面在每個節(jié)點處采用水平連接。中間為主桁架，兩端為副桁架。副桁架插入主桁架，主桁架與副桁架之間采用搭接，并用螺栓連接固定。

5)桁架內(nèi)力計算。由于格構(gòu)式桁架屬于空間結(jié)構(gòu)，目前還沒有現(xiàn)成的理論計算依據(jù)?？紤]到格構(gòu)式桁架的整體穩(wěn)定性優(yōu)于普通平行弦桁架，為了計算方便，計算時按普通平行弦桁架內(nèi)力計算方法，算出格構(gòu)式桁架各桿件內(nèi)力。

6)材料選擇。根據(jù)計算的各桿件內(nèi)力，選擇組成格構(gòu)式桁架各桿件、節(jié)點板和主、副桁架連接螺栓。所有桿件采用角鋼，節(jié)點板采用鋼板，除主、副桁架連接處采用普通螺栓外，其余節(jié)點均采用焊接。

7)施工圖設(shè)計。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，結(jié)合內(nèi)力計算和材料選擇，繪制施工草圖，經(jīng)審查修改后出正式施工藍(lán)圖。

8)桁架制作。根據(jù)施工藍(lán)圖采購材料，并檢驗合格后，按照下料、組拼、校正、焊接、成孔、砂洗、噴漆的工序，完成桁架制作。

9)桁架試驗。當(dāng)制作完第一榀桁架后，應(yīng)對該桁架進(jìn)行載荷試驗?，F(xiàn)場靜載加壓(一周)，試驗桁架應(yīng)為最大跨度，荷載應(yīng)取最大跨度時對應(yīng)筒倉倉頂結(jié)構(gòu)施工時的最大荷載。試驗應(yīng)采用逐步加載方法，并測量和檢查每次加載后桁架的受力和變形情況。通過試驗確認(rèn)滿足設(shè)計要求后方可進(jìn)行桁架的大量制作。

7 可伸縮格構(gòu)式鋼桁架在工程中的應(yīng)用實例

7.1 山西柳林碾焉煤礦工業(yè)廣場貯煤倉工程

山西柳林碾焉煤礦工業(yè)廣場貯煤倉5×φ18 m原煤倉液壓滑模施工操作平臺擬采用可伸縮桁架作為支撐骨架，以滿足滑模和倉頂結(jié)構(gòu)施工的需要，5個同時組裝，同時滑升。

7.2 晉興公司斜溝煤礦產(chǎn)品倉工程

山西西山煤電晉興公司斜溝煤礦產(chǎn)品倉工程4×φ30原煤倉液壓滑模施工操作平臺擬采用可伸縮桁架作為支撐骨架，以滿足滑模和倉頂結(jié)構(gòu)施工的需要。

7.3 經(jīng)濟(jì)效益

1)如果傳統(tǒng)平行弦桁架每榀(平均3 t)周轉(zhuǎn)次數(shù)按30次計算，本發(fā)明可伸縮格構(gòu)式桁架每榀(平均4.2 t)周轉(zhuǎn)次數(shù)可達(dá)到120次，多使用90次。按目前市場平均價加管理費計算，本發(fā)明每榀桁架一次可節(jié)約430元。2)使用本發(fā)明與傳統(tǒng)桁架相比，可減少組裝和拆除時的切割和焊接工作量，每榀可節(jié)省人工和材料費用約620元。

[1] 朱慈勉，張偉平.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2] 陳紹蕃，郭成喜.鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[3] 周 舟.鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)[M].太原：山西科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

Application of scalable lattice-style steel truss in various-diameter silo

Zhao Yan

(XishanCoal&PowerConstructionDesignInstitute(Co.,Ltd),Taiyuan030053,China)

Combining with the application status of steel truss in architectural silo operation platform, the paper introduces the working principles and technical contents of scalable lattice-style steel truss, and puts forward its engineering application scheme and technology procedures. Through engineering examples, it proves that: the scalable lattice-style steel truss has better economic benefits.

steel truss, architectural silo, slip-form construction, economic benefits

1009-6825(2016)05-0046-03

2015-12-08

趙 艷(1981- )，女，工程師

TU391

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