烟囱滑模偏扭原因分析及防治_

烟囱滑模偏扭原因分析及防治
  摘要：本文系统地介绍了钢筋混凝土烟囱滑模装置的组成，论述了千斤顶数量的确定方法，着重地分析了滑模施工中操作平台产生偏扭的原因，并提出了预防措施和纠正办法。
  滑模施工是浇灌筒壁构筑物较为常用的一种施工方法。在贵州铝厂承接的贵铝热电厂130t/h锅炉烟囱项目中，笔者采用了液压滑模施工，取得了较好的施工效果。该项目烟囱筒身高80m，底部外径为8.36m，筒壁厚350mm，顶部外径为5.16m，壁厚为180mm，筒身坡度2%，混凝土强度等级为C25，筒身混凝土量约450m³，钢筋约90t。以下通过工程实例介绍滑模装置的三大组成部分，探讨在施工中如何控制滑模施工操作平台的中心偏移和扭转，以达到控制筒体结构中心偏移和扭转的目的。
  1  滑模装置
  滑模装置由模板系统、操作平台系统及液压提升系统三大部分组成。液压提升系统提供的提升力及支承杆的承载力是否满足要求，关系到工程的成败及施工过程中作业人员的人身安全。
  1.1  模板系统
  模板系统由模板、围圈、提升架组成。
  模板分三种类型，即固定模板、活动模板及收分模板。固定模板选用P3009，活动模板选用P2009，收分模板选用＆=2mm厚钢板加工成420mm×900mm的非标模板。随着模板的滑升，当收分模板与活动模板完全重叠，且其边缘与另一块模板搭接时，即拆去重叠的活动模板。
  围圈选用槽钢[8内外模上下各一道，其距模板上口距离为200mm，两道围圈的间距为550mm。
  提升架采用“开”字形提升架，其高2400mm，内口净宽为800mm，上横梁为2∠63×6，下横梁及立柱均为槽钢[16a。加工制作时应使立柱中心与千斤顶的中心重合。
  1.2  操作平台系统
  操作平台系统包括主操作平台、外挑操作平台及吊脚手架。
  主操作平台采用悬索结构，其平面骨架由辐射梁与内外钢圈组成。每组辐射梁由2根槽钢[10组合而成，共计20组沿圆周等分布置。平台钢圈设内中外三道，均采用槽钢[14a，内钢圈做成鼓形，在下部靠筒壁方向设置拉耳，用∮20的圆钢及花篮螺栓与辐射梁对应的拉耳拉接在一起，使操作平台形成空间受力构件。内外钢圈直径按下式计算：

9730mm，在内外钢圈之间设一中钢圈，其外径D中=3400mm。辐射梁与钢圈之间的连接采用焊接，主平台上铺一级松板。
  平台随升井架作为主要的吊装设备，设于主平台内钢圈处，井架平面尺寸为1800mm×1800mm，由五个标准节组成，每节高1.6m，用M16螺栓联接，总高8m，井架立柱选用∠80×8角钢，斜杆及拉杆为∠63×6角钢，井架四角用Φ80×4钢管与主平台外端连接。井架内设置双层吊笼，为使吊笼在运行过程中平稳，用2∮17.5-6×37钢丝绳作柔性滑道。
  筒身内外两侧均设吊脚手架，吊架拉杆选用∠50×5角钢，吊架挂在提升架立柱和平台架上。外挑平台宽800mm，用∠63×6焊成三角架与提升架立柱，并通过U形螺栓连接。
  1.3  液压提升系统
  液压提升系统由支承杆、液压千斤顶、液压控制台和油路等部分组成。施工本项目时采用了YKT-36液压控制台作为液压提升系统的动力。支承杆承载力的计算、千斤顶数量的确定及油路的布置如下。
  1.3.1  支承杆承载力的计算
  支承杆是千斤顶向上爬升的轨道，又是滑模装置的承重支柱，该项目支承杆采用∮25Q235圆钢，接头形式是将钢筋冷拉调直后在两端加工成公母螺丝连接。在初次组装时将最下一段支承杆做成四种不同的长度，即1.5m、2m、3m、4m，使相邻支承杆的接头相互错开。支承杆的受力计算有两种方法，一种按中心受压构件计算承载力，另一种按《滑动模板施工技术规范》（GB50113-2005）的计算方法计算承载力，最终承载力取上述两种计算结果的较小值。
  （1）按中心受压构件计算，每根支承杆的承载能力P按下式计算：
  P≤∮AA
  式中：A——支承杆的横截面面积（m²），取4.909×10－4m²；
  A——钢材的抗压强度设计值（MPa），取210MPa；
  ∮——支承杆受压稳系数，
  根据λ=L0/i查表求得。
  根据支承杆的工作情况，其最大工作长度为L=1050mm，由于支承杆的约束条件为一端固定一端铰支，支承杆的长度系数为0.7，L0=0.7L，圆截面回转半径i=d/4，根据已知数据代入承载力计算公式可解得P≤48.00kN。（2）按《滑动模板施工技术规范》，支承杆承载力按下式计算：
  [P]=a40EI/K0（L0+95）2
  式中：a——工作条件系数，
  取a=0.7；
  E——支承杆弹性模量；
  I——支承杆惯性矩；
  K0——安全系数，取值为2；
  L0——支承杆的脱空长度，从
  混凝土上表面至千斤顶下卡头的距离，取1050mm。
  根据已知条件可求得[P]=14.1kN。综合上述，求得的两值取其较小值，则支承杆的允许承载力为[P]=14.1kN。
  1.3.2  千斤顶数量的确定
  千斤顶数量的最终确定是由所选千斤顶的工作起重量、支承杆允许承载力、总的竖向荷载及综合考虑千斤顶的对称布置与考虑设置调整平台的偏扭千斤顶等因素确定的。千斤顶的最小需用量可按下式计算：
  n最小≥N/P
  式中：P——千斤顶工作起重量与支承杆允许承载力两者中的较小值，该项目中P=14.1kN；
  ——总竖向荷载，总竖向荷载的取值为①操作平台的自重（含随升井架）；②操作平台上的施工荷载；③模板滑升时模板与混凝土产生的摩阻力；④垂直运输设备的重量及柔性滑道的张紧力。
  根据计算，千斤顶的最小需用量为20台HJ－35型，考虑到在施工过程中的不利因素及为调整施工中可能出现的偏扭而设置的千斤顶，因而最终确定的千斤顶数量为24台HJ-35型，其中对称设置四对调整偏扭的双千斤顶，辐射梁设计为20根，将圆周等分为20等份，千斤顶的平面布置及滑模构造的示意图见图1、图2。

  1.3.3  油路的布置
  油路系统主要由油管、管接头、液压分配器和截止阀等元器件组成。根据平台千斤顶的平面布置情况，将千斤顶编为6组，每4个千斤顶为一组，油路的布置采用环状三级并联回路。
  滑动模板及提升设备组装顺序如下：安装提升架→安装围圈→绑扎竖向钢筋和水平筋→安装内外模板（先内后外）→安装内操作平台桁架、支撑及铺板→安装外操作平台挑梁和铺板→安装液压系统、设备并空载运转→安支承杆→模板滑升→安装内外吊架及安全网。
  2  偏扭原因
  （1）滑模施工操作平台设计的整体刚度差；加工粗糙，组装质量差，误差大；平台施工荷载布置不均，产生各种复杂应力，导致平台偏扭。
  （2）支承杆设计数量不足，或负荷大，刚度小，自由长度大，加固不及时或加固方法不当、布置不合理，致使不能共同工作整体受力。
  （3）千斤顶不能同步工作，千斤顶调平限位卡失控，使平台不能保持应有的水平，也会造成平台偏扭。
  （4）平台通过筒壁较大洞口（设备预留洞），洞口支承杆布置及加固措施不当，使洞口处提升能力明显下降，导致平台变形、偏移。
  （5）混凝土浇注方法不正确，未严格按同步、对称分层交圈下料浇注振捣，或下料起始位置、方向、次序不当，使筒壁混凝土出模强度上升不同步，导致模板提升后阻力不均而造成偏扭。
  （6）内外围圈与提升立杆的联接不牢靠，也会造成平台偏扭。
  （7）日照形成的阳面与阴面的温度差，对平台偏扭也有直接影响。
  （8）由于风力、风向变化，使高耸构筑物产生相应的位移变化，也会造成平台偏扭。
  （9）液压油路的布置不当，给油不均匀，也容易造成平台倾斜，使中心线漂移和筒体扭转。
  3  预防偏扭的措施
  （1）设计的滑模操作平台要有足够的刚度和强度。采用悬索式辐射梁结构平台使其稳定性及刚度都较好，可以满足上述要求。
  （2）支承杆应有足够的刚度安全储备，位置应布局合理，材质及加工质量应有保证，并及时适当加固。
  （3）对滑模操作平台应在加工时保证材质优良；在组装时，保证精度高、误差小。为此，滑模设备的加工与验收方面尚应做到以下两点：①认真做好滑模设计交底、明确设计意图，除按有关钢结构规范要求加工外，还应对各种部件的检查内容、偏差控制、检测方法作出具体规定；②坚持样板验收制，对于重要部件的制作，必须先做样板，经设计和有关人员检查验收合格后方可大批量生产。各部件制作及滑装装置的允许偏差见表1、表2。
  （4）加强施工管理是确保工程质量、预防偏扭的根本保证。
  模板滑升时，应由专人负责，统一指挥，非油压员工严禁操作滑模设备。
  4  纠偏措施
  4.1  平台倾斜法
  利用调平限位卡将平台千斤顶行程控制标高调成斜面，使平台爬升成倾斜面。平台倾斜高差值视平台中心偏移大小确定，一般控制在不超过平台跨度的1/150。若高度过大，垂直吊运的物品进出平台易碰提升架。调整平台倾斜时，要严防平台呈折平面状态。

  4.2  垫楔铁法
  在平台中心偏移方向的千斤顶横梁底面径向外侧位置可加垫楔铁，使倾斜的千斤顶连同支承杆的导向作用力迫使平台复位。若中心偏移较大，且单方向加楔铁效果不明显，再在对面圆周方向的千斤顶横梁底面径向内侧的位置加垫楔铁，也可与平台倾斜法配合使用。
  4.3  调节双千斤顶
  利用滑模设计的若干对称双千斤顶，先关闭双千斤顶中一侧的千斤顶，使之产生反向升力，同时改变支承杆的角度，促使模板结构依靠支承杆倾斜角度的方向，逐渐使其复位。
  4.4  调整混凝土配合比
  调整混凝土配合比，改变混凝土浇筑次序、方向。当平台中心居中或偏移甚小，且又有日照影响时，可从背阴面开始浇筑混凝土。
  在偏移反方向，用钢丝绳拉紧第一道内围圈，用倒链逐渐拉紧调节；或在平台的第一道内钢圈及提升架立柱下端，用带丝的千斤顶的撑杆顶紧，逐渐调节丝杆，迫使平台复位。
  5  纠扭措施
  5.1  调节双千斤顶法
  可利用滑模装置设计的若干对称的双千斤顶，先将扭转方向一侧的千斤顶升高，然后将全部千斤顶滑升一次，如此重复数次即可达到纠扭。
  5.2  外力法
  当构筑物扭转偏差时，可沿扭转的反方向施加外力，使平台在滑升过程中逐渐往回扭转。
  5.3  垫楔铁法
  在千斤顶横梁底环向一侧垫楔铁，使倾斜的横梁产生与扭转相反的切向力矩，以制止筒壁扭转，从而达到纠扭效果。
  6  结束语
  在滑膜施工中应该注意的是，纠扭与纠偏是两个概念。纠扭不必使平台回复原始位置，只要控制扭转不再发展即可，否则会更增加节后的相对扭转值，对结构受力和筒壁外观都不利。

文章来自：滑模机械网

文章作者：信息一部

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