CN110733988A - 一种提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土建超高层施工技术领域，具体涉及一种提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法。所述方法包括：计算出在各个状态下作用在支撑点上的最大理论竖向力和最大理论水平力，实时检测各个支撑点的实际竖向力和实际水平力，当检测到其中一个或多个支撑点处的实际竖向力或实际水平力达到预警值时，发出报警信号，通知施工人员停止作业及时检查是否有违章操作，或停止吊装操作，排查塔吊的故障和临时支撑架的缺陷。极大的提高了内爬动臂塔吊临时支撑架的安全性，降低安全事故的发生率。

Description

一种提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法

技术领域

本发明涉及土建超高层施工技术领域，具体涉及一种提高内爬动臂塔吊临 时支撑架安全性的方法。

背景技术

塔吊是建筑工地上最常用的一种起重设备又名“塔式起重机”，以标准节 一节一节的接长，用来吊施工用的钢筋、木楞、混凝土、钢管等施工的原材料。 塔吊是工地上一种必不可少的设备。

塔吊尖的功能是承受臂架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部力，并通过回转塔 架、转台、承座等的结构部件式直接通过转台传递给塔身结构。自升塔顶有截 锥柱式、前倾或后倾截锥柱式、人字架式及斜撑架式。凡是上回转塔机均需设 平衡重，其功能是支承平衡重，用以构成设计上所要求的作用方面与起重力矩 方向相反的平衡力矩。除平衡重外，还常在其尾部装设起升机构。起升机构之 所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端，一则可发挥部分配重作用，二则增大绳 卷筒与塔尖导轮间的距离，以利钢丝绳的排绕并避免发生乱绳现象。平衡重的 用量与平衡臂的长度成反比关系，而平衡臂长度与起重臂长度之间又存在一定 比例关系。平衡重量相当可观，轻型塔机一般至少要3～4t，重型的要近30t。

内部爬升塔式起重机是指设置在建筑物内部井道式空间(如电梯井道、楼梯 间等)内，并通过临时支撑架支承在井道壁孔内，在施工过程中随建筑物的高度 增加而借助于爬升机构自行爬升的自升塔式起重机，又称为内爬动臂塔吊。

目前有关于内爬动臂塔吊的设计规范，但却没有临时支撑架的设计规范。 现在普遍采用的设计方法存在以下问题：1)临时支撑的受力状态有若干种，但 施工技术人员用一种工况进行验算，其中塔吊爬升状态的工况最为危险，在设 计时却没有考虑；2)临时支撑只能承受压向自身的水平力，而施工技术人员将 水平力均分到每一道临时支撑的所有调节螺栓位置处，大大低估了临时支撑水 平力产生的力效应；3)水平力按塔吊规范取值，没有考虑工地的实际情况；4) 竖向力平均分配到支撑框上，没有考虑安装误差和动力效应。

发明内容

本发明目提供了一种提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，解决了 现有技术中内爬动臂塔吊临时支撑安全性不高的技术问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，所述方法包括：

计算出在爬升状态和非爬升状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大理 论竖向力，计算出在无风工作状态、无风非工作状态、有风工作状态和台风非 工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的最大理论水平力；所述支撑点为标 准节与临时支撑架上支撑框进行连接的位置；

在底层标准节立柱上设置轴向压力实时动态监测点，该轴向压力等于作用 在支撑点上的实际竖向力；在连接标准节立柱和上层临时支撑架的支撑框的夹 紧挡块上设置径向压力实时动态检测点，该径向压力等于作用在支撑点上的实 际水平力；实时检测在无风工作状态、无风非工作状态、有风工作状态和台风 非工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的实际水平力；

当检测到其中的一个或多个支撑点处的实际竖向力与最大理论竖向力的差 值达到第一预设值时，或实际水平力与最大理论水平力的差值达到第二预设值 时，及时发出报警信号，通知施工人员停止作业及时检查是否有违章操作；当 检测到其中的一个或多个支撑点处的实际竖向力与最大理论竖向力的差值达到 第三预设值时，或实际水平力与最大理论水平力的差值达到第四预设值时，则 控制中心发出报警信息，停止吊装操作及时寻找原因，排查塔吊的故障和临时 支撑架的缺陷。

进一步地，所述实际竖向力或实际水平力的监测方法为：

所述每个底层标准节立柱侧面设置有应变传感器，根据圣维南原理和材料 力学原理，所述应变传感器与标准节立柱底部的距离值是立柱宽度的3倍，可 以得到标准节立柱的轴向压力，该轴力等于作用在支撑点上的实际竖向力；

所述每个水平支撑点处均设置有调节螺栓、夹紧挡块和一个压力传感器； 标准节与支撑框通过调节螺栓和夹紧挡块进行连接，所述压力传感器设置在夹 紧挡块内侧，测试沿调节螺栓轴线方向的水平力；所述压力传感器和应变传感 器实时监测标准节分别施加给每个支撑点的实际水平力和实际竖向力，并将检 测到的实际水平力和实际竖向力传递给控制中心。

进一步地，所述在非爬升状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大理论 竖向力可通过以下公式计算得到：

P_g＝η₂(G₁+η₁G₂)/m (1)

在公式(1)中，P_g为非爬升状态的竖向总力，G₁为塔吊自重，G₂为最大吊 重，η₁为起吊+旋转重物产生的动力放大系数，η₂为竖向力的载荷不均匀性系数， m为竖向力支撑点的数量；

所述η₁根据动力测试的结果获得，测点设在竖向力支撑点所在支撑框截面 的下翼缘，采样频率在100Hz以上，采样“0”时刻为起吊重物前5秒，测试起 吊+旋转重物时产生的最大应变与静止时应变的比值，最大值即为η₁；

所述η₂根据理论计算结果获得，考虑最大吊重和最大臂长两种极端情况， 建立有限元模型，讨论不同转角对竖向力不均匀系数的影响，η₂取各种情况下 计算得到不均匀系数的最大值。

进一步地，所述临时支撑架爬升时，爬带端部挂在上层临时支撑架支撑框 的水平构件的中点上，所述在爬升状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大 理论竖向力可通过以下公式计算得出：

P_c＝η₃η₄(G₁+G₄)/a (2)

在公式(2)中，P_c为作用在每个支撑点上的最大理论竖向力，G₁为塔吊自 重，G₄为千斤顶自重，η₃为爬升产生的动力放大系数，η₄为受力不均匀系数，a 为爬升状态下支撑点的数量；

所述η₃根据动力测试的结果获得，测点设在爬升状态下每个支撑点所在支 撑框截面的下翼缘，采样频率在200Hz以上，采样“0”时刻为爬升前5秒，测 试爬升时产生的最大应变与爬升结束后20秒时应变的比值，最大值即为η₃；

所述η₄为受力不均匀系数，当临时支撑结构对称时，η₄取1；当结构不对称 时，η₄根据有限元计算结果得到。

进一步地，所述在无风工作状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大理 论水平力可通过以下公式计算得出：

M_g＝L×G₂×cosθ+0.5×L×G₃×cosθ-0.5×L×G₃×cosθ₀ (3)

F₁＝F₂＝M_g/H (4)

F_1n＝F₁/b1 (5)

F_2n＝F₂/c1 (6)

在公式(3)中，M_g为不平衡力矩，G₃为吊臂及其附属物的重量，G₂为最大 吊重，L为吊臂长度，θ为最大吊重对应的吊臂最小仰角，θ₀为在无风、无吊重、 不平衡力矩为“0”时的仰角；

在公式(4)中，F₁为作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₂为作用在底 层临时支撑架上的总水平力，且F₁和F₂为一对大小相等、方向相反的力偶，H为 上层临时支撑架和底层临时支撑架的间距；

在公式(5)中，F_1n为在无风工作状态下标准节分别作用在上层临时支撑 架每个支撑点上的最大理论水平力，b1为上层临时支撑架上支撑框一条边上水 平力支撑点的数量；

在公式(6)中，F_2n为在无风工作状态下标准节分别作用在底层临时支撑 架每个支撑点上的最大理论水平力，c1为与底层临时支撑架支撑框一条边上 水平力支撑点的数量。

进一步地，所述在无风非工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的最大 理论水平力可通过以下公式计算得出：

M_g＝0.5×L×G₃×cosθ₁-0.5×L×G₃×cosθ₀ (7)

F₃＝F₄＝M_g1/H (8)

F_3n＝F₃/b2 (9)

F_4n＝F₄/c2 (10)

在公式(7)中，M_g1为不平衡力矩，G₃为吊臂及其附属物的重量，L为吊臂 长度，θ₁为不工作时的仰角，θ₀为在无风、无吊重、不平衡力矩为“0”时的仰 角；

在公式(8)中，F₃为作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₄为作用在底 层临时支撑架上的总水平力，且F₃和F₄为一对大小相等、方向相反的力偶，H 为上层临时支撑架和底层临时支撑架的间距；

在公式(9)中，F_3n为在无风非工作状态下标准节分别作用在上层临时支 撑架上每个支撑点的最大理论水平力,b2为上层临时支撑架上支撑框一条边上 水平力支撑点的数量；

在公式(10)中，F_4n为在无风非工作状态下标准节分别作用在e底层临时 支撑架上每个支撑点的最大理论水平力,c2为与底层临时支撑架上支撑框一条 边上水平力支撑点的数量。

进一步地，所述在有风工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的最大理 论水平力可通过以下公式计算得出：

在公式(11)和公式(12)中，F_1w为有风工作状态下作用在上层临时支撑 架上的水平力，F_2w为有风工作状态下作用在底层临时支撑架上的水平力，F₁为 无风工作状态下作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₂为无风工作状态下作 用在底层临时支撑架上的总水平力,F₀为塔吊上部结构承受的风力合力；q、q₁和q₂为按规范计算的在标准节超出核心筒部位、标准节在核心筒顶部至上层标 准节之间、标准节在两道标准节之间承受的均布风力，由于核心筒墙壁存在门 洞，q₁和q₂为非连续分布的线力，c_i为门洞高度；l₁为标准节伸出核心筒的长 度，l₂为上层临时支撑架到核心筒上边缘的距离，H为两道临时支撑架间的竖向距离；

F_1wn＝F_1w/b3 (13)

F_2wn＝F_2w/c3 (14)

在公式(13)中，F_1wn为在有风工作状态下标准节分别施加给上层临时支 撑架上每个支撑点的最大理论水平力,b3为上层临时支撑架上支撑框一条边上 水平力支撑点的数量；

在公式(14)中，F_2wn为在有风工作状态下标准节分别施加给底层临时支 撑架上每个支撑点的最大理论水平力，c3为底层临时支撑架上支撑框一条边上 水平力支撑点的数量。

进一步地，当台风来临时，上部结构随风自由转动，故不考虑塔吊上部结 构的风载荷力，故F₀取“0”,风载荷按台风的风速读取；所述在台风非工作状 态下标准节分别施加给每个支撑点的最大理论水平力可通过以下公式计算得 出：

F_1wtn＝F_1wt/b4 (17)

F_2wtn＝F_2wt/c5 (18)

在公式(16)和公式(17)中，F_1wt为台风非工作状态下作用在上层临时支 撑架上的水平力，F_2wt为台风非工作状态下作用在底层临时支撑架上的水平力， F₃为无风非工作状态下作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₄为无风非工作 状态下作用在底层临时支撑架上的总水平力；q_t、q_1t和q_2t为按规范计算的在标准 节超出核心筒部位、标准节在核心筒顶部至上层标准节之间、标准节在两道标 准节之间承受的均布台风力；

在公式(17)中，F_1wtn为在台风非工作状态下标准节分别施加给上层临时 支撑架上每个支撑点的最大理论水平力,b4为上层临时支撑架上支撑框一条边 上水平力支撑点的数量；

在公式(18)中，F_2wtn为在台风非工作状态下标准节分别施加给底层临时 支撑架上每个支撑点的最大理论水平力，c4为底层临时支撑架上支撑框一条边 上水平力支撑点的数量。

进一步地，所述第一预设值为最大理论竖向力的5％，所述第二预设值为最 大理论水平力的5％，所述第三预设值为最大理论竖向力的20％，所述第四预设 值为最大理论水平力的20％。

本发明的有益效果为：

本发明通过实时检测塔吊标准节施加给临时支撑架各个支撑点的实际竖向 力和实际水平力，与各个不同工作状态下的最大理论竖向力和理论水平力进行 对比，若出实际竖向力或实际水平力超过最大理论竖向力和理论水平力过多， 或者出现实际竖向力或实际水平力低于最大理论竖向力和理论水平力过多，则 控制中心发出报警信息，以便维护人员及时寻找故障原因，及时排查故障，极 大的提高了内爬动臂塔吊临时支撑架的安全性，降低安全事故的发生率。

附图说明

图1是本发明塔吊结构示意图；

图2是本发明临时支撑架结构示意图；

图3是本发明立柱与支撑框连接处结构放大示意图。

图中标记：1、A塔；2、配重；3、卷扬机；4、吊臂；5、吊钩；6、标准 节；7、上层临时支撑架；8、底层临时支撑架；9、核心筒；10、门洞；11、爬 带；12、主梁；13、支撑框；14、立柱；15、夹紧挡块；16、调节螺栓；17、 支撑点。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明。下面的描述涉及附图时，除非另 有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中 所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是 与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例 子。

本实施例中的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法包括：

S101.计算出在爬升状态和非爬升状态下标准节6分别作用在每个支撑点 17的最大理论竖向力，计算出在无风工作状态、无风非工作状态、有风工作状 态和台风非工作状态下标准节6分别施加给每个支撑点17的最大理论水平力； 所述支撑点17为标准节6与临时支撑架上支撑框13进行连接的位置；

S102.在底层标准节6立柱14上设置轴向压力实时动态监测点，该轴向压 力等于作用在支撑点17上的实际竖向力；在连接标准节6立柱14和上层临时 支撑架7的支撑框13的夹紧挡块15上设置径向压力实时动态检测点，该径向 压力等于作用在支撑点17上的实际水平力；实时检测在无风工作状态、无风非 工作状态、有风工作状态和台风非工作状态下标准节6分别施加给每个支撑点 17的实际水平力；

S103.当检测到其中的一个或多个支撑点17处的实际竖向力与最大理论竖 向力的差值达到第一预设值时，或实际水平力与最大理论水平力的差值达到第 二预设值时，及时发出报警信号，通知施工人员停止作业及时检查是否有违章 操作；当检测到其中的一个或多个支撑点17处的实际竖向力与最大理论竖向力 的差值达到第三预设值时，或实际水平力与最大理论水平力的差值达到第四预 设值时，则控制中心发出报警信息，停止吊装操作及时寻找原因，排查塔吊的 故障和临时支撑架的缺陷。

所述内爬动臂塔吊包括支撑结构和上部结构，所述上部结构包括A塔1、 配重2、卷扬机3、吊臂4和吊钩5，所述支撑结构包括多个重叠相连的标准节 6，支撑结构设置在核心筒9内，支撑结构上设置临时支撑架，临时支撑架将内 爬动臂塔吊固定在核心筒9内，所述临时支撑架包括上层临时支撑架7和底层 临时支撑架8，上层临时支撑架7设置在底层临时支撑架8上方。所述支撑结 构的底部设置有爬带11，所述核心筒9上设置有门洞10。

所述临时支撑架包括主梁12和支撑框13，所述支撑框13固定在主梁12 上，标准节6设置在支撑框13内，且标准节6上的立柱14通过调节螺栓16与 支撑框13相连，所述立柱12与支撑框13之间的调节螺栓16上还套设有夹紧 挡块15。

所述步骤S102中，实际竖向力或实际水平力的监测方法为：

所述每个底层标准节6立柱14侧面设置有应变传感器，根据圣维南原理和 材料力学原理，所述应变传感器与标准节立柱14底部的距离值是立柱14宽度 的3倍，可以得到标准节立柱14的轴向压力，该轴力等于作用在支撑点17上 的实际竖向力；

所述轴向压力可以通过以下公式计算得出：

N＝EAε

上述公式中，N代表轴向压力，E代表钢材弹性模量，A代表立柱的截 面面积，ε代表应变传感器所测量的应变力。

所述每个水平支撑点17处均设置有调节螺栓16、夹紧挡块15和一个压力 传感器；标准节6与支撑框13通过调节螺栓16和夹紧挡块15进行连接，所述 压力传感器设置在夹紧挡块15内侧，测试沿调节螺栓16轴线方向的水平力； 所述压力传感器和应变传感器实时监测标准节3分别施加给每个支撑点17的实 际水平力和实际竖向力，并将检测到的实际水平力和实际竖向力传递给控制中 心。

所述压力传感器通过第一通信模块与控制中心通信连接，所述应变传感器 通过第二通信模块与控制中心通信连接，所述控制中心设置有中心通信模块， 所述中心通信模块分别与第一通信模块和第二通信模块通信连接。所述控制中 心还设置有用于比较实际竖向力和实际水平力的比较模块，所述中心通信模块 还与报警模块通信连接，所述报警模块可以是蜂鸣器或带有报警显示截面的显 示器等。

所述步骤S101中，在非爬升状态下标准节6分别作用在每个支撑点17的 最大理论竖向力可通过以下公式计算得到：

P_g＝η₂(G₁+η₁G₂)/m (1)

在公式(1)中，P_g为非爬升状态的竖向总力，G₁为塔吊自重，G₂为最大吊 重，η₁为起吊+旋转重物产生的动力放大系数，η₂为竖向力的载荷不均匀性系数， m为竖向力支撑点的数量；

所述η₁根据动力测试的结果获得，测点设在竖向力支撑点17所在支撑框13 截面的下翼缘，采样频率在100Hz以上，采样“0”时刻为起吊重物前5秒，测 试起吊+旋转重物时产生的最大应变与静止时应变的比值，最大值即为η₁。

所述η₂根据理论计算结果获得，考虑最大吊重和最大臂长两种极端情况， 建立有限元模型，讨论不同转角对竖向力不均匀系数的影响，η₂取各种情况下 计算得到不均匀系数的最大值。

所述步骤S101中，所述临时支撑架爬升时，爬带11端部挂在上层临时支 撑架7支撑框13的水平构件的中点上，所述在爬升状态下标准节6分别作用在 每个支撑点17的最大理论竖向力可通过以下公式计算得出：

P_c＝η₃η₄(G₁+G₄)/a (2)

在公式(2)中，P_c为作用在每个支撑点17上的最大理论竖向力，G₁为塔 吊自重，G₄为千斤顶自重，η₃为爬升产生的动力放大系数，η₄为受力不均匀系 数，a为爬升状态下支撑点17的数量；

所述η₃根据动力测试的结果获得，测点设在爬升状态下每个支撑点17所在 支撑框13截面的下翼缘，采样频率在200Hz以上，采样“0”时刻为爬升前5 秒，测试爬升时产生的最大应变与爬升结束后20秒时应变的比值，最大值即为 η₃。

所述η₄为受力不均匀系数，当临时支撑结构对称时，η₄取1；当结构不对称 时，η₄根据有限元计算结果得到。

所述步骤S101中，所述在无风工作状态下标准节6分别作用在每个支撑点 17的最大理论水平力可通过以下公式计算得出：

M_g＝L×G₂×cosθ+0.5×L×G₃×cosθ-0.5×L×G₃×cosθ₀ (3)

F₁＝F₂＝M_g/H (4)

F_1n＝F₁/b1 (5)

F_2n＝F₂/c1 (6)

在公式(3)中，M_g为不平衡力矩，G₃为吊臂及其附属物的重量，G₂为最大 吊重，L为吊臂长度，θ为最大吊重对应的吊臂最小仰角，θ₀为在无风、无吊重、 不平衡力矩为“0”时的仰角；

在公式(4)中，F₁为作用在上层临时支撑架上7的总水平力，F₂为作用在 底层临时支撑架8上的总水平力，且F₁和F₂为一对大小相等、方向相反的力偶， H为上层临时支撑架7和底层临时支撑架8的间距；

在公式(5)中，F_1n为在无风工作状态下标准节6分别作用在上层临时支 撑架7每个支撑点17上的最大理论水平力，b1为上层临时支撑架7支撑框一 条边上水平力支撑点17的数量；

在公式(6)中，F_2n为在无风工作状态下标准节6分别作用在底层临时支 撑架8每个支撑点17上的最大理论水平力，c1为底层临时支撑架8支撑框一 条边上水平力支撑点17的数量。

所述步骤S101中，所述在无风非工作状态下标准节6分别施加给每个支撑 点17的最大理论水平力可通过以下公式计算得出：

M_g＝0.5×L×G₃×cosθ₁-0.5×L×G₃×cosθ₀ (7)

F₃＝F₄＝M_g1/H (8)

F_3n＝F₃/b2 (9)

F_4n＝F₄/c2 (10)

在公式(7)中，M_g1为不平衡力矩，G₃为吊臂4及其附属物的重量，L为吊 臂长度，θ₁为不工作时的仰角，θ₀为在无风、无吊重、不平衡力矩为“0”时的 仰角；

在公式(8)中，F₃为作用在上层临时支撑架7上的总水平力，F₄为作用在 底层临时支撑架8上的总水平力，且F₃和F₄为一对大小相等、方向相反的力偶， H为上层临时支撑架7和底层临时支撑架8的间距；

在公式(9)中，F_3n为在无风非工作状态下标准节分别作用在上层临时支 撑架7上每个支撑点17的最大理论水平力，作用位置同F_1n；b2为上层临时支 撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量；

在公式(10)中，F_4n为在无风非工作状态下标准节分别作用在底层临时支 撑架8上每个支撑点的最大理论水平力，作用位置同F_2n，c2为与底层临时支撑 架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量。

所述步骤S101中，在有风工作状态下标准节6分别施加给每个支撑点17 的最大理论水平力可通过以下公式计算得出：

在公式(11)和公式(12)中，F_1w为有风工作状态下作用在上层临时支撑 架7上的水平力，F_2w为有风工作状态下作用在底层临时支撑架8上的水平力， F₁为无风工作状态下作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₂为无风工作状态 下作用在底层临时支撑架上的总水平力,F₀为塔吊上部结构承受的风力合力；q、 q₁和q₂为按规范计算的在标准节6超出核心筒9部位、标准节6在核心筒9顶 部至上层标准节之间、标准节6在两道标准节之间承受的均布风力，由于核心 筒9外墙存在门洞10，q₁和q₂为非连续分布的线力，c_i为门洞10高度；l₁为标 准节6伸出核心筒9的长度，l₂为上层临时支撑架7到核心筒9上边缘的距离， H为两道临时支撑架间的竖向距离；

F_1wn＝F_1w/b3 (13)

F_2wn＝F_2w/c3 (14)

在公式(13)中，F_1wn为在有风工作状态下标准节分别施加给上层临时支 撑架7上每个支撑点的最大理论水平力,作用位置同F_1n，b3为上层临时支撑架 7上支撑点17的数量；

在公式(14)中，F_2wn为在有风工作状态下标准节6分别施加给底层临时支 撑架8上每个支撑点17的最大理论水平力，作用位置同F_2n,，c3为底层临时支 撑架8上支撑点17的数量。

所述步骤S101中，当台风来临时，上部结构随风自由转动，故不考虑塔吊上部 结构的风载荷力，故F₀取“0”,风载荷按台风的风速读取；所述在台风非工作 状态下标准节6分别施加给每个支撑点17的最大理论水平力可通过以下公式计 算得出：

F_1wtn＝F_1wt/b4 (17)

F_2wtn＝F_2wt/c5 (18)

在公式(16)和公式(17)中，F_1wt为台风非工作状态下作用在上层临时支 撑架7上的水平力，F_2wt为台风非工作状态下作用在底层临时支撑架8上的水平 力，F₃为无风非工作状态下作用在上层临时支撑架7上的总水平力，F₄为无风 非工作状态下作用在底层临时支撑架8上的总水平力；q_t、q_1t和q_2t为按规范计算 的在标准节6超出核心筒9部位、标准节6在核心筒9顶部至上层标准节6之 间、标准节6在两道标准节6之间承受的均布台风力；

在公式(17)中，F_1wtn为在台风非工作状态下标准节6分别施加给上层临 时支撑架7上每个支撑点17的最大理论水平力,b4为上层临时支撑架7上支 撑框一条边上水平力支撑点17的数量；

在公式(18)中，F_2wtn为在台风非工作状态下标准节6分别施加给底层临 时支撑架8上每个支撑点的最大理论水平力，c4为底层临时支撑架8上支撑框 一条边上水平力支撑点17的数量。

所述支撑点17的数量可以为1以上的正整数。

所述步骤S103中，所述第一预设值为最大理论竖向力的5％，所述第二预 设值为最大理论水平力的5％，所述第三预设值为最大理论竖向力的20％，所述 第四预设值为最大理论水平力的20％。。

现举例说明在步骤S101中，各个状态下标准节6施加给每个支撑点17的 最大理论水平力和理论竖向力的计算方法。

根据内爬动臂塔吊提供的说明书，可知以下信息：(1)无风、无吊重时， 不平衡力矩为“0”时的仰角θ₀＝30°；(2)最大吊重为50t，此时最大仰角为 74.84°；(3)塔吊的总重量为173.65t，吊臂及其附属物的重量为21.4t，吊 臂长度69.22m；(4)不工作时塔吊吊臂的仰角为0°。

根据施工方案和塔吊设计规范，可知以下信息：(1)H＝16m，l1＝30.7m， l2＝9.3m；(2)有风工作状态下，F0＝0.38t，q＝0.12t/m；(3)台风非工作状 态下，q＝0.53t/m；(4)设两条爬带。

考虑最大吊重为50t，此时最大仰角为74.84°。

不同工况下下的理论竖向力和理论水平力为：

(1)无风工作状态、有风工作状态下，理论竖向力：

根据试验测试和理论分析得η₂取1.3，η₁取1.4，支撑点17有四个 P_g＝η₂(G₁+η₁G₂)/4＝1.3×(1.4×50+173.65)/4＝79.19t；

(2)爬升状态下竖向力：

千斤顶自重G₄＝2t，根据试验测试和理论分析得η₃＝1.4，η₄＝1.2，上层临时支 撑架爬带11端点处的两个竖向力值为：

则P_c＝η₃η₄(G₁+G₄)/2＝1.4×1.2×(173.65+2)/2＝147.55t；

(3)无风工作状态下水平力：

M_g＝69.22×50×cos74.84°+0.5×69.22×21.4×cos74.84° -0.5×69.22×21.4×cos30°＝457.37t·m

作用在两道临时支撑架上的水平力F₁和F₂为一对大小相等、方向相反的合 力力偶，F₁＝F₂＝M_g/H＝457.37/16＝28.58t，上层临时支撑架7和底层临时 支撑架8的一边上均分别有两个支撑点17，，每个支撑点17处受力f_1n＝f_2n＝28.58/2＝14.29t；

(4)无风非工作状态下水平力：

M_g＝0.5×69.22×21.4×cos0°-0.5×69.22×21.4×cos30°＝99.23t·m

作用在两道临时支撑架上的水平力F₃和F₄为一对大小相等、方向相反的合 力力偶，F₃＝F₄＝M_g/H＝99.23/16＝6.20t，上层临时支撑架7和底层临时支撑架8 的一边上均分别有两个支撑点17，每个支撑点17处受力f_3n＝f_4n＝6.20/2＝3.10t；

(6)有风工作状态下水平力：

上层临时支撑架7和底层临时支撑架8的一边上均分别有两个支撑点17， 每个支撑点17处受力f_1wn＝39.27/2＝19.64t，f_2wn＝35.20/2＝17.6t；

(7)非工作状态下台风作用时，产生的水平力：

上层临时支撑架7和底层临时支撑架8的一边上均分别有两个支撑点17， 每个支撑点17处受力f_1wtn＝53.42/2＝26.71t，f_2wtn＝35.47/2＝17.74t。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及 其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于，所述方法包括：

计算出在爬升状态和非爬升状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大理论竖向力，计算出在无风工作状态、无风非工作状态、有风工作状态和台风非工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的最大理论水平力；所述支撑点为标准节与临时支撑架上支撑框进行连接的位置；

在底层标准节立柱上设置轴向压力实时动态监测点，该轴向压力等于作用在支撑点上的实际竖向力；在连接标准节立柱和上层临时支撑架的支撑框的夹紧挡块上设置径向压力实时动态检测点，该径向压力等于作用在支撑点上的实际水平力；实时检测在无风工作状态、无风非工作状态、有风工作状态和台风非工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的实际水平力；

当检测到其中的一个或多个支撑点处的实际竖向力与最大理论竖向力的差值达到第一预设值时，或实际水平力与最大理论水平力的差值达到第二预设值时，及时发出报警信号，通知施工人员停止作业及时检查是否有违章操作；当检测到其中的一个或多个支撑点处的实际竖向力与最大理论竖向力的差值达到第三预设值时，或实际水平力与最大理论水平力的差值达到第四预设值时，则控制中心发出报警信息，停止吊装操作及时寻找原因，排查塔吊的故障和临时支撑架的缺陷。

2.根据权利要求1所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于，所述实际竖向力或实际水平力的监测方法为：

所述每个底层标准节立柱侧面设置有应变传感器，根据圣维南原理和材料力学原理，所述应变传感器与标准节立柱底部的距离值是立柱宽度的3倍，可以得到标准节立柱的轴向压力，该轴力等于作用在支撑点上的实际竖向力；

所述每个水平支撑点处均设置有调节螺栓、夹紧挡块和一个压力传感器；标准节与支撑框通过调节螺栓和夹紧挡块进行连接，所述压力传感器设置在夹紧挡块内侧，测试沿调节螺栓轴线方向的水平力；所述压力传感器和应变传感器实时监测标准节分别施加给每个支撑点的实际水平力和实际竖向力，并将检测到的实际水平力和实际竖向力传递给控制中心。

3.根据权利要求1所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于，所述在非爬升状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大理论竖向力可通过以下公式计算得到：

P_g＝η₂(G₁+η₁G₂)/m (1)

在公式(1)中，P_g为非爬升状态的竖向总力，G₁为塔吊自重，G₂为最大吊重，η₁为起吊+旋转重物产生的动力放大系数，η₂为竖向力的载荷不均匀性系数，m为竖向力支撑点的数量；

所述η₁根据动力测试的结果获得，测点设在竖向力支撑点所在支撑框截面的下翼缘，采样频率在100Hz以上，采样“0”时刻为起吊重物前5秒，测试起吊+旋转重物时产生的最大应变与静止时应变的比值，最大值即为η₁；

所述η₂根据理论计算结果获得，考虑最大吊重和最大臂长两种极端情况，建立有限元模型，讨论不同转角对竖向力不均匀系数的影响，η2取各种情况下计算得到不均匀系数的最大值。

4.根据权利要求1所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于，所述临时支撑架爬升时，爬带端部挂在上层临时支撑架支撑框的水平构件的中点上，所述在爬升状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大理论竖向力可通过以下公式计算得出：

P_c＝η₃η₄(G₁+G₄)/a (2)

在公式(2)中，P_c为作用在每个支撑点上的最大理论竖向力，G₁为塔吊自重，G₄为千斤顶自重，η₃为爬升产生的动力放大系数，η₄为受力不均匀系数，a为爬升状态下支撑点的数量；

所述η₃根据动力测试的结果获得，测点设在爬升状态下每个支撑点所在支撑框截面的下翼缘，采样频率在200Hz以上，采样“0”时刻为爬升前5秒，测试爬升时产生的最大应变与爬升结束后20秒时应变的比值，最大值即为η₃；

所述η₄为受力不均匀系数，当临时支撑结构对称时，η₄取1；当结构不对称时，η₄根据有限元计算结果得到。

5.根据权利要求1所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于，所述在无风工作状态下标准节分别作用在每个支撑点的最大理论水平力可通过以下公式计算得出：

M_g＝L×G₂×cosθ+0.5×L×G₃×cosθ-0.5×L×G₃×cosθ₀ (3)

F₁＝F₂＝M_g/H (4)

F_1n＝F₁/b1 (5)

F_2n＝F₂/c1 (6)

在公式(3)中，M_g为不平衡力矩，G₃为吊臂及其附属物的重量，G₂为最大吊重，L为吊臂长度，θ为最大吊重对应的吊臂最小仰角，θ₀为在无风、无吊重、不平衡力矩为“0”时的仰角；

在公式(4)中，F₁为作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₂为作用在底层临时支撑架上的总水平力，且F₁和F₂为一对大小相等、方向相反的力偶，H为上层临时支撑架和底层临时支撑架的间距；

在公式(5)中，F_1n为在无风工作状态下标准节分别作用在上层临时支撑架每个支撑点上的最大理论水平力，b1为上层临时支撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量；

在公式(6)中，F_2n为在无风工作状态下标准节分别作用在底层临时支撑架每个支撑点上的最大理论水平力，c1为底层临时支撑架支撑框一条边上水平力支撑点的数量。

6.根据权利要求1所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于：所述在无风非工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的最大理论水平力可通过以下公式计算得出：

M_g＝0.5×L×G₃×cosθ₁-0.5×L×G₃×cosθ₀ (7)

F₃＝F₄＝M_g1/H (8)

F_3n＝F₃/b2 (9)

F_4n＝F₄/c2 (10)

在公式(7)中，M_g1为不平衡力矩，G₃为吊臂及其附属物的重量，L为吊臂长度，θ₁为不工作时时的仰角，θ₀为在无风、无吊重、不平衡力矩为“0”时的仰角；

在公式(8)中，F₃为作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₄为作用在底层临时支撑架上的总水平力，且F₃和F₄为一对大小相等、方向相反的力偶，H为上层临时支撑架和底层临时支撑架的间距；

在公式(9)中，F_3n为在无风非工作状态下标准节分别作用在上层临时支撑架上每个支撑点的最大理论水平力,b2为上层临时支撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量；

在公式(10)中，F_4n为在无风非工作状态下标准节分别作用在e底层临时支撑架上每个支撑点的最大理论水平力,c2为与底层临时支撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量。

7.根据权利要求1所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于：所述在有风工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的最大理论水平力可通过以下公式计算得出：

在公式(11)和公式(12)中，F_1w为有风工作状态下作用在上层临时支撑架上的水平力，F_2w为有风工作状态下作用在底层临时支撑架上的水平力，F₁为无风工作状态下作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₂为无风工作状态下作用在底层临时支撑架上的总水平力,F₀为塔吊上部结构承受的风力合力；q、q₁和q₂为按规范计算的在标准节超出核心筒部位、标准节在核心筒顶部至上层标准节之间、标准节在两道标准节之间承受的均布风力，由于核心筒墙壁存在门洞，q₁和q₂为非连续分布的线力，c_i为门洞高度；l₁为标准节伸出核心筒的长度，l₂为上层临时支撑架到核心筒上边缘的距离，H为两道临时支撑架间的竖向距离；

F_1wn＝F_1w/b3 (13)

F_2wn＝F_2w/c3 (14)

在公式(13)中，F_1wn为在有风工作状态下标准节分别施加给上层临时支撑架上每个支撑点的最大理论水平力,b3为上层临时支撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量；

在公式(14)中，F_2wn为在有风工作状态下标准节分别施加给底层临时支撑架上每个支撑点的最大理论水平力，c3为底层临时支撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量。

8.根据权利要求7所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于：当台风来临时，上部结构随风自由转动，故不考虑塔吊上部结构的风载荷力，故F₀取“0”,风载荷按台风的风速读取；所述在台风非工作状态下标准节分别施加给每个支撑点的最大理论水平力可通过以下公式计算得出：

F_1wtn＝F_1wt/b4 (17)

F_2wtn＝F_2wt/c5 (18)

在公式(16)和公式(17)中，F_1wt为台风非工作状态下作用在上层临时支撑架上的水平力，F_2wt为台风非工作状态下作用在底层临时支撑架上的水平力，F₃为无风非工作状态下作用在上层临时支撑架上的总水平力，F₄为无风非工作状态下作用在底层临时支撑架上的总水平力；q_t、q_1t和q_2t为按规范计算的在标准节超出核心筒部位、标准节在核心筒顶部至上层标准节之间、标准节在两道标准节之间承受的均布台风力；

在公式(17)中，F_1wtn为在台风非工作状态下标准节分别施加给上层临时支撑架上每个支撑点的最大理论水平力,b4为上层临时支撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量；

在公式(18)中，F_2wtn为在台风非工作状态下标准节分别施加给底层临时支撑架上每个支撑点的最大理论水平力，c4为底层临时支撑架上支撑框一条边上水平力支撑点的数量。

9.根据权利要求1所述的提高内爬动臂塔吊临时支撑架安全性的方法，其特征在于：所述第一预设值为最大理论竖向力的5％，所述第二预设值为最大理论水平力的5％，所述第三预设值为最大理论竖向力的20％，所述第四预设值为最大理论水平力的20％。

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