超高變截面異型煙囪異型結(jié)構(gòu)鋼模板研制

【摘要】目前，火力發(fā)電廠建筑物結(jié)構(gòu)功能和外觀要求發(fā)展趨向多樣化，煙囪這一高聳構(gòu)筑物不再是單調(diào)的圓形，更多的異型煙囪以獨(dú)特的建筑美感呈現(xiàn)在眾人面前。在超高變截面異型煙囪施工中需要使用特定的異型結(jié)構(gòu)鋼模板，異型結(jié)構(gòu)鋼模板的合理及實(shí)用性影響著異型煙囪的施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】異型結(jié)構(gòu)鋼模板;超高變截面異型煙囪

1、項(xiàng)目背景

廣東陸豐甲湖灣項(xiàng)目煙囪工程高243.5m，該煙囪東南、西北方向外筒壁為弧形面，西南、東北方向外筒壁為直面，外部尺寸在190.5m處發(fā)生突變（標(biāo)高0m～190.5m間外部尺寸為：23m×17.8m，標(biāo)高190.5m～240m間外部尺寸為21.800m×16.600m）。煙囪內(nèi)筒壁設(shè)計(jì)為變坡異型體，直面方向內(nèi)筒壁厚度從1.800m～0.400m分層遞減變化，弧面方向筒壁厚度東南側(cè)從2.9m～0.400，西北側(cè)從2.000m～0.400m分層遞減變化。

異型變截面煙囪是一種新型結(jié)構(gòu)形式，施工中煙囪陰陽角處的施工將影響著煙囪的外觀質(zhì)量，弧面與直面的施工用模板同樣對(duì)異型煙囪外觀成形起著重要作用因此需要制作一套適用于該異型煙囪施工用的鋼模板。

2、異型煙囪用模板研制過程

2.1煙囪施工用模板介紹

傳統(tǒng)的煙囪施工采用的收分模板、普通內(nèi)模板、外模板及軌道模板，而異型煙囪還需要陰陽角模板。內(nèi)外模板根據(jù)外形形狀及拆分便易性，外模板分為770/1500模板、393/185/1500陽角模板、566/355/1500陽角模板，內(nèi)模板分為570/1500模板、100/1500模板、150/1500模板、230/1500模板、300/1500模板。

2.2 澆筑混凝土模板承受面壓力計(jì)算

已知混凝土的入模溫度設(shè)為25℃，塌落度為150±30mm，混凝土的澆灌速度不大于1m/h。

（1）混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算（取兩式中較小值）

（3）傾倒砼時(shí)產(chǎn)生的水平荷載

查建筑施工手冊(cè)表得傾倒時(shí)產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值q值為2 kN/m?;查表模板及支架分項(xiàng)系數(shù)γ2值為1.4。所以傾倒混凝土產(chǎn)生的水平荷載為F3=q×γ2=2×1.4=2.8KN/m2。

2.3 受力簡化模型

由于模板與模板之間通過螺栓連接，同時(shí)煙囪壁內(nèi)外的對(duì)應(yīng)模板通過兩對(duì)對(duì)拉螺栓連接，所以，在對(duì)模板受力分析計(jì)算時(shí)，立體模型簡化為三邊固定、單邊自由的平面板，平面模型簡化為帶懸臂的梁。綜上所述，荷載組合=混凝土側(cè)壓力設(shè)計(jì)值+傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載設(shè)計(jì)值（荷載組合：當(dāng)墻厚>100mm的側(cè)面模板時(shí)），澆筑混凝土產(chǎn)生的模板側(cè)壓力：F=F2+F3=37.94+2.8=40.74 KN/m2。

2.4對(duì)拉螺栓位置確定

模板在應(yīng)用過程中，受力狀態(tài)為三邊簡支，承受面載荷，根據(jù)邊界條件，將模板簡化為一端固定，兩端帶懸臂的梁選取770/1500模板為計(jì)算模型，假設(shè)兩塊模板的對(duì)拉螺栓孔距離模板一端的間距為m、兩個(gè)螺栓孔的間距為l，計(jì)算梁的撓度為公式：

以m為變量，考察梁的最大撓度值，利用Matlab編程繪制，f與m之間的函數(shù)關(guān)系得到的距離m與撓度f之間的函數(shù)關(guān)系如下圖1：

從圖中可以看出，當(dāng)m=357.9mm時(shí)，該模板的最大撓度值最小，根據(jù)工程實(shí)際，選取m=355mm。

2.5 模板結(jié)構(gòu)有限元分析

（1）由于異型煙囪的模板布置呈現(xiàn)對(duì)稱的形式，為了降低計(jì)算的復(fù)雜度和節(jié)約解算空間，取整體模型的四分之一進(jìn)行簡化運(yùn)算。

（2）模板結(jié)構(gòu)整體分析計(jì)算

對(duì)四分之一模型進(jìn)行建模。施加三面簡支邊界條件、施加面壓力0.04074MPa，最大應(yīng)力為139MPa，經(jīng)查，為局部集中應(yīng)力所致，該區(qū)域應(yīng)力遞減趨勢明顯，可忽略集中應(yīng)力作用， 鋼模板的許用應(yīng)力為215MPa，許用變形為1.92mm。從總體受力模型看，強(qiáng)度和撓度均符合實(shí)際要求。模板總體看符合要求，但是總體模型看不出局部或者單塊模板的受力工況，有必要進(jìn)行進(jìn)一步的單塊模板的受力分析。

2.6 分體有限元分析計(jì)算

對(duì)770/1500、陽角模板進(jìn)行分體獨(dú)立計(jì)算，由于為單體分析，采用模板四邊簡支的約束方法，同時(shí)施加面載荷，采用高精度四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，應(yīng)用shell181板殼單元，得到的應(yīng)力、撓度及局部穩(wěn)定性計(jì)算如下。770/1500模板：施加邊界條件及面載荷0.04074MPa

經(jīng)過計(jì)算，該模板的最大應(yīng)力與最大撓度均小于許用應(yīng)力與許用撓度，局部穩(wěn)定性的一階屈曲系數(shù)為30，滿足穩(wěn)定性要求。陽角模板進(jìn)行應(yīng)力及撓度分析，經(jīng)過計(jì)算分析，該模板的最大應(yīng)力與最大撓度均小于許用應(yīng)力與許用撓度，局部穩(wěn)定性的一階屈曲系數(shù)為48，滿足穩(wěn)定性要求。

結(jié)論：

對(duì)異型煙囪的施工用模板進(jìn)行受力分析，并且對(duì)模板加固對(duì)拉螺栓孔進(jìn)行優(yōu)化分析，最終通過有限元分析方法對(duì)普通模板及陽角模板進(jìn)行分析驗(yàn)算，驗(yàn)證了模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，為工程實(shí)際模板制作，提供了支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]參考文獻(xiàn)內(nèi)容：《建筑施工手冊(cè)》（縮印本）（精裝）第四版.

作者簡介：

王發(fā)濤，男，山東濰坊，本科，助理工程師，土木工程。