CN102839819A

CN102839819A - 基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法

Info

Publication number: CN102839819A
Application number: CN2012102994760A
Authority: CN
Inventors: 卢钦先; 马兆荣; 徐荣彬; 陆晓琴; 刘晋超; 孙小兵; 刘立威
Original assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Current assignee: China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co Ltd
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2032-08-21
Also published as: CN102839819B

Abstract

本发明公开基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于包括以下步骤：1）首先，选取冷却塔有限元模型进行三维分析，包括选取施工期混凝土的材料参数；设定计算边界以及确定施工期风荷载和施工荷载；2）其次，拟定一个初始的钢丝绳的张拉力和附着整体布置，包括竖向和横向布置，施加至施工期冷却塔有限元模型进行计算，根据计算结果调整并确定整体布置方案，即确定柔性附着的层数以及横向间距；3）再次，建立局部分析模型，确定预应力张拉时混凝土龄期，局部间距以及具体加固方式，通过计算分析流程确定冷却塔的整体和局部布置方案。本发明克服施工期风荷载、施工荷载对塔筒的影响，有利于增强塔筒的安全性、稳定性，保证塔吊的施工安全，使施工工期有保证，控制塔体的造价。

Description

基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法

技术领域

本发明涉及一种塔吊柔性附着布置选取方法，尤其是一种基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法。属于超大型混凝土双曲线冷却塔施工控制领域。

背景技术

在超大型冷却塔施工中，塔筒施工是施工全过程中最为关键和困难的部分，对于施工期安全影响尤为突出。由于塔筒的壁厚小而高度大,垂直运输问题不易解决，尤其在核电站或者大型火电厂的超大超高冷却塔施工中，采用常规的多孔井字架、自升式塔吊刚性附着等方式均难以实施。柔性附着的中心塔不仅解决了平面狭窄无法施工的困难，而且加快了施工进度，节约了施工费用，目前在中小型冷却塔中已经成功实施。但对于超大超高的冷却塔，塔吊的柔性附着技术尚未得到成功实施，且超大塔的垂直运输性能要求高，可能采取平桥或者双塔吊联合作业方式，而目前冷却塔施工规范并未对塔吊柔性附着方案有明确的规定。尤其对于施工期的塔筒，其混凝土强度并未完全形成，加上施工期风荷载、施工荷载等作用，塔筒的安全性稳定性容易受影响。塔吊柔性附着的张拉力是一种作用在塔筒上的集中力，且通常数值较大，将增大塔筒的局部应力和位移，其整体和局部布置不恰当极易影响施工期塔筒的安全，同时影响塔吊的施工安全，延误工期，增加塔体的造价。

发明内容

本发明的目的，是为了解决上述现有技术施工安全性低、延误工期、塔体造价高的问题，提供一种基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法。该选取方法采用先进的有限元计算方法，引入施工期混凝土本构模型、施工期风速模拟模型以及柔性附着的加载模型。

本发明的目的可以通过以下技术方案达到：

基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于包括以下步骤：

1）首先，选取冷却塔有限元模型进行三维分析，包括选取施工期混凝土的材料参数；设定计算边界以及确定施工期风荷载和施工荷载；

2）其次，拟定一个初始的钢丝绳的张拉力和附着整体布置，包括竖向和横向布置，施加至施工期冷却塔有限元模型进行计算，根据计算结果调整并确定整体布置方案，即确定柔性附着的层数以及横向间距；

3）再次，建立局部分析模型，确定预应力张拉时混凝土龄期，局部间距以及具体加固方式，通过计算分析流程确定冷却塔的整体和局部布置方案。

本发明的优选方案如下：

本发明的一种优选方案是：步骤1）所述的选取冷却塔几何模型进行三维有限元分析，包括确定冷却塔的尺寸、确定塔吊柔性附着张拉力大小、张拉力大小与张拉间距的关系，以及建立施工期冷却塔有限元分析模型；所述建立施工期冷却塔有限元分析模型，是指在冷却塔塔筒由下至上翻模或者滑模施工，提取3～5个典型施工高度模型，采用实体单元或者壳单元建立有限元分析模型，对环基以上部分进行分析，环基以下施加固定约束，选取施工期混凝土参数、钢筋弹性模量以及施工期风荷载。

本发明的一种优选方案是：步骤2）所述的拟定一个初始的钢丝绳的张拉力和附着整体布置，包括：

1）确定初始的柔性附着整体布置S1

以塔筒中心作为附着布置中心，给出初始整体布置S1，其中横向布置应保证基本对称，塔筒受力对称；竖向布置基本保持在20～40m范围，同时施加相应的张拉力；

2）模拟冷却塔各施工阶段，根据计算结果调整S1

根据各个施工高度的冷却塔计算模型，计算应力和变形的结果，结合塔吊柔性附着参数，调整S1的竖向和横向布置，确定最终整体布置S1’；

3）根据S1’，建立初始局部分析模型K1，调整K1，确定最终局部布置K1’

根据S1’的计算结果建立初始局部分析模型K1，对应7天或7天以上的不同混凝土张拉龄期以及3m或3m以上的不同锚固点间距进行试算，根据计算结果确定最终局部布置K1’；

4）根据K1’，结合施工工艺确定合理的局部加固方式

根据K1’中应力和变形的大小，确定局部加固区域和方式。

本发明的一种优选方案是：所述的混凝土参数，包括混凝土强度和弹性模量，其取值随时间变化，根据施工周期确定。

本发明的一种优选方案是：所述的钢筋混凝土等效弹性模量通过配筋率确定，计算表达为：

E=+E_c(1-ρ)+E_sρ

其中，E为等效弹性模量，E_c为混凝土弹性模量，ρ为体积配筋率，E_s为钢筋弹性模量。

本发明的一种优选方案是：所述的施工期风荷载由设计基准期风荷载标准值取值表达式转换得到：

W_k(z,θ)=κβC_p(θ)μ_zw₀

其中，k为施工期风荷载因子，根据施工工期取0.6～1.0。

本发明的一种优选方案是：步骤3）所述的初始局部分析模型K1以塔筒平面为圆形，取冷却塔喉部附近1/4圆周进行计算，计算高度取冷却塔的其中两道附着竖向间距，再将网格进行细分。

本发明的一种优选方案是：步骤4）所述的局部加固方式采用两层预埋钢板加固，同时加固区域设置加强箍筋，并增加附加的纵向钢筋和横向钢筋。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明基于施工期的塔筒安全，提供了一种超大型冷却塔柔性附着布置方案的优选方法，通过建立有限元模型进行对比分析确定竖向、平面以及局部的布置，针对具体的大塔尺寸和塔吊参数可以根据此方法进行分析调整，并确定详细的布置。

2、本发明由于对施工塔吊实施了结构合理的柔性附着布置，因此，可克服施工期风荷载、施工荷载对塔筒的影响，有利于增强塔筒的安全性、稳定性，保证塔吊的施工安全，使施工工期有保证，控制塔体的造价。具有塔筒安全、施工塔吊稳定、塔体造价低的有益效果。

附图说明

图1为本发明具体实施例1的布置流程示意图；

图2为本发明具体实施例1柔性附着的竖向布置示意图；

图3为本发明具体实施例1柔性附着的平面布置示意图；

图4～图6为本发明具体实施例1不同施工阶段的有限元模型示意图；

图7为本发明具体实施例1初始局部分析模型K1的示意图；

图8为本发明具体实施例1的局部加固方式示意图。

其中，1-冷却塔，2-附着竖向布置，3-附着平面布置，4-预埋钢板，5-加固箍筋。

具体实施方式

具体实施例1：

图1-图8构成本发明的具体实施例1。

参照图1，本实施例的柔性附着布置选取方法的步骤如下：

1）取得冷却塔的尺寸以及塔吊柔性附着参数

参照图2和图3，为22000m²超大型冷却塔塔筒施工采用单塔吊作业的柔性附着布置情况。竖向布置时，塔吊的独立高度为55.1m，往上每道附着竖向布置2的间距为33m；平面布置时，采用四个方向的附着平面布置3，每个方向分为上下两层，共8个附着点，各个附着点的水平和竖向间距为5m，由塔吊的自身稳定要求确定塔吊柔性附着张拉力大小、张拉力大小与张拉间距的关系；

2）建立施工期冷却塔有限元分析模型

参照图4－图6，根据冷却塔1的尺寸和塔吊柔性附着参数，建立不同施工阶段的3个冷却塔有限元模型，采用壳单元建模，环基以下施加固定约束。其中参数选取如下：

a、混凝土参数：混凝土强度及弹性模量取值随时间变化,，根据施工周期确定；

b、钢筋影响：钢筋混凝土等效弹性模量通过配筋率确定，计算公式为：

E=E_c(1-ρ)+E_sρ

其中，E为等效弹性模量，E_c为混凝土弹性模量，ρ为体积配筋率，ρ=0.01，E_s为钢筋弹性模量，E_s=2.0×10¹¹Pa；

c、施工期风荷载：由设计基准期风荷载标准值取值公式转换得到：

W_k(z,θ)=κβC_p(θ)μ_zw₀

其中，k为施工期风荷载因子，根据施工工期确定为0.7。

3）确定初始的柔性附着整体布置S1

以塔筒中心作为附着布置中心，给出初始整体布置S1，由于为单塔吊布置，平面布置接近塔中心即可,塔筒受力基本对称，竖向布置初步考虑附着间距为25m，张拉力较小，对不同高度有限元模型进行计算；

4）模拟冷却塔各施工阶段，根据计算结果调整S1

计算结果表明，应力和位移较小，为减小施工难度，提高施工连续性，增大附着间距，同时增大张拉荷载，根据计算结果再次进行调整，确定最终整体布置S1’，其中竖向布置间距为33m。

5）根据S1’，建立初始局部分析模型K1，调整K1，确定最终局部布置K1’

参照图7，根据最终整体布置S1’的计算结果，建立局部分析模型K1，模型建立考虑塔筒平面为圆形，取冷却塔喉部附近1/4圆周进行计算，计算高度大约为两道竖向附着的间距，再将网格进行细分。对调整为7天、10天、15天、20天的混凝土张拉龄期，调整为锚固点间距3m、4.5m、6m、8m进行试算，根据计算结果确定最终局部布置K1’，其中张拉龄期最终确定为15天，锚固间距确定为5m。

6）据K1’，结合施工工艺确定合理的局部加固方式

参照图8，根据K1’中应力和变形的大小，确定局部加固区域和方式，采用两层预埋钢板4加固，同时加固区域设置加强箍筋5，并增加附加的纵向钢筋和横向钢筋。

基于施工期的塔筒安全，本发明提供了一种超大型冷却塔柔性附着布置方案的选取方法，通过建立有限元模型进行对比分析确定竖向、横向以及局部的布置，针对具体的大塔尺寸和塔吊参数可以根据此方法进行分析调整，并确定详细的布置。

其他具体实施例：

本实施例的主要特点是：根据冷却塔的尺寸和塔吊柔性附着参数，建立不同施工阶段的4或5个冷却塔有限元模型，采用实体单元建模。其余同具体实施例1。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于：步骤1）所述的选取冷却塔几何模型进行三维有限元分析，包括确定冷却塔的尺寸、确定塔吊柔性附着张拉力大小、张拉力大小与张拉间距的关系，以及建立施工期冷却塔有限元分析模型；所述建立施工期冷却塔有限元分析模型，是指在冷却塔塔筒由下至上翻模或者滑模施工，提取3～5个典型施工高度模型，采用实体单元或者壳单元建立有限元分析模型，对环基以上部分进行分析，环基以下施加固定约束，选取施工期混凝土参数、钢筋弹性模量以及施工期风荷载。

3.根据权利要求1所述的基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于：步骤2）所述的拟定一个初始的钢丝绳的张拉力和附着整体布置，包括：

1）确定初始的柔性附着整体布置S1

2）模拟冷却塔各施工阶段，根据计算结果调整S1

根据各个施工高度的冷却塔计算模型，计算应力和变形的结果，结合塔吊柔性附着参数，调整S1的竖向和横向布置，并确定最终整体布置S1’；

4）根据K1’，结合施工工艺确定合理的局部加固方式

根据K1’中应力和变形的大小，确定局部加固区域和方式。

4.根据权利要求2所述的基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于：所述的混凝土参数，包括混凝土强度和弹性模量，其取值随时间变化，根据施工周期确定。

5.根据权利要求2所述的基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置方法，其特征在于：所述的钢筋混凝土等效弹性模量通过配筋率确定，计算表达为：

E=E_c(1-ρ)+E_sρ

6.根据权利要求2所述的基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于：所述的施工期风荷载由设计基准期风荷载标准值取值表达式转换得到：

W_k(z,θ)=κβC_p(θ)μ_zw₀

其中，k为施工期风荷载因子，根据施工工期取0.6～1.0。

7.根据权利要求3所述的基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于：步骤3）所述的初始局部分析模型K1以塔筒平面为圆形，取冷却塔喉部附近1/4圆周进行计算，计算高度取冷却塔的其中两道附着的竖向间距，再将网格进行细分。

8.根据权利要求3所述的基于塔筒安全的超大型冷却塔施工塔吊的柔性附着布置选取方法，其特征在于：步骤4）所述的局部加固方式采用两层预埋钢板加固，同时加固区域设置加强箍筋，并增加附加的纵向钢筋和横向钢筋。