專利名稱：基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塔吊柔性附著布置選取方法，尤其是一種基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法。屬于超大型混凝土雙曲線冷卻塔施工控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在超大型冷卻塔施工中，塔筒施工是施工全過程中最為關(guān)鍵和困難的部分，對(duì)于施工期安全影響尤為突出。由于塔筒的壁厚小而高度大，垂直運(yùn)輸問題不易解決，尤其在核電站或者大型火電廠的超大超高冷卻塔施工中，采用常規(guī)的多孔井字架、自升式塔吊剛·性附著等方式均難以實(shí)施。柔性附著的中心塔不僅解決了平面狹窄無法施工的困難，而且加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了施工費(fèi)用，目前在中小型冷卻塔中已經(jīng)成功實(shí)施。但對(duì)于超大超高的冷卻塔，塔吊的柔性附著技術(shù)尚未得到成功實(shí)施，且超大塔的垂直運(yùn)輸性能要求高，可能采取平橋或者雙塔吊聯(lián)合作業(yè)方式，而目前冷卻塔施工規(guī)范并未對(duì)塔吊柔性附著方案有明確的規(guī)定。尤其對(duì)于施工期的塔筒，其混凝土強(qiáng)度并未完全形成，加上施工期風(fēng)荷載、施工荷載等作用，塔筒的安全性穩(wěn)定性容易受影響。塔吊柔性附著的張拉力是一種作用在塔筒上的集中力，且通常數(shù)值較大，將增大塔筒的局部應(yīng)力和位移，其整體和局部布置不恰當(dāng)極易影響施工期塔筒的安全，同時(shí)影響塔吊的施工安全，延誤工期，增加塔體的造價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)施工安全性低、延誤工期、塔體造價(jià)高的問題，提供一種基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法。該選取方法采用先進(jìn)的有限元計(jì)算方法，引入施工期混凝土本構(gòu)模型、施工期風(fēng)速模擬模型以及柔性附著的加載模型。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案達(dá)到基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于包括以下步驟I)首先，選取冷卻塔有限元模型進(jìn)行三維分析，包括選取施工期混凝土的材料參數(shù)；設(shè)定計(jì)算邊界以及確定施工期風(fēng)荷載和施工荷載；2)其次，擬定一個(gè)初始的鋼絲繩的張拉力和附著整體布置，包括豎向和橫向布置，施加至施工期冷卻塔有限元模型進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整并確定整體布置方案，即確定柔性附著的層數(shù)以及橫向間距；3)再次，建立局部分析模型，確定預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)混凝土齡期，局部間距以及具體加固方式，通過計(jì)算分析流程確定冷卻塔的整體和局部布置方案。本發(fā)明的優(yōu)選方案如下本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是步驟I)所述的選取冷卻塔幾何模型進(jìn)行三維有限元分析，包括確定冷卻塔的尺寸、確定塔吊柔性附著張拉力大小、張拉力大小與張拉間距的關(guān)系，以及建立施工期冷卻塔有限元分析模型；所述建立施工期冷卻塔有限元分析模型，是指在冷卻塔塔筒由下至上翻模或者滑模施工，提取3 5個(gè)典型施工高度模型，采用實(shí)體單元或者殼單元建立有限元分析模型，對(duì)環(huán)基以上部分進(jìn)行分析，環(huán)基以下施加固定約束，選取施工期混凝土參數(shù)、鋼筋彈性模量 以及施工期風(fēng)荷載。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是步驟2)所述的擬定一個(gè)初始的鋼絲繩的張拉力和附著整體布置，包括I)確定初始的柔性附著整體布置SI以塔筒中心作為附著布置中心，給出初始整體布置SI，其中橫向布置應(yīng)保證基本對(duì)稱，塔筒受力對(duì)稱；豎向布置基本保持在20 40m范圍，同時(shí)施加相應(yīng)的張拉力；2)模擬冷卻塔各施工階段，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整SI根據(jù)各個(gè)施工高度的冷卻塔計(jì)算模型，計(jì)算應(yīng)力和變形的結(jié)果，結(jié)合塔吊柔性附著參數(shù)，調(diào)整SI的豎向和橫向布置，確定最終整體布置SI’ ；3)根據(jù)SI’，建立初始局部分析模型Kl，調(diào)整Kl，確定最終局部布置ΚΓ根據(jù)SI，的計(jì)算結(jié)果建立初始局部分析模型K1，對(duì)應(yīng)7天或7天以上的不同混凝土張拉齡期以及3m或3m以上的不同錨固點(diǎn)間距進(jìn)行試算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定最終局部布置 K1，；4)根據(jù)ΚΓ，結(jié)合施工工藝確定合理的局部加固方式根據(jù)ΚΓ中應(yīng)力和變形的大小，確定局部加固區(qū)域和方式。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是所述的混凝土參數(shù)，包括混凝土強(qiáng)度和彈性模量，其取值隨時(shí)間變化，根據(jù)施工周期確定。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是所述的鋼筋混凝土等效彈性模量通過配筋率確定，計(jì)算表達(dá)為E=+Ec(l-P )+EsP其中，E為等效彈性模量，Ec為混凝土彈性模量，P為體積配筋率，Es為鋼筋彈性模量。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是所述的施工期風(fēng)荷載由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值表達(dá)式轉(zhuǎn)換得到Wk (ζ, Θ ) = K β Cp ( Θ ) μ zw0其中，k為施工期風(fēng)荷載因子，根據(jù)施工工期取0.6 1.0。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是步驟3)所述的初始局部分析模型Kl以塔筒平面為圓形，取冷卻塔喉部附近1/4圓周進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算高度取冷卻塔的其中兩道附著豎向間距，再將網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分。本發(fā)明的一種優(yōu)選方案是步驟4)所述的局部加固方式采用兩層預(yù)埋鋼板加固，同時(shí)加固區(qū)域設(shè)置加強(qiáng)箍筋，并增加附加的縱向鋼筋和橫向鋼筋。本發(fā)明具有如下突出的有益效果I、本發(fā)明基于施工期的塔筒安全，提供了一種超大型冷卻塔柔性附著布置方案的優(yōu)選方法，通過建立有限元模型進(jìn)行對(duì)比分析確定豎向、平面以及局部的布置，針對(duì)具體的大塔尺寸和塔吊參數(shù)可以根據(jù)此方法進(jìn)行分析調(diào)整，并確定詳細(xì)的布置。
2、本發(fā)明由于對(duì)施工塔吊實(shí)施了結(jié)構(gòu)合理的柔性附著布置，因此，可克服施工期風(fēng)荷載、施工荷載對(duì)塔筒的影響，有利于增強(qiáng)塔筒的安全性、穩(wěn)定性，保證塔吊的施工安全，使施工工期有保證，控制塔體的造價(jià)。具有塔筒安全、施工塔吊穩(wěn)定、塔體造價(jià)低的有益效果O


圖I為本發(fā)明具體實(shí)施例I的布置流程示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例I柔性附著的豎向布置示意圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例I柔性附著的平面布置示意圖；圖4 圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例I不同施工階段的有限元模型示意圖；圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例I初始局部分析模型Kl的示意圖；·圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例I的局部加固方式示意圖。其中，I-冷卻塔，2-附著豎向布置，3-附著平面布置，4-預(yù)埋鋼板，5-加固箍筋。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施例I :圖I-圖8構(gòu)成本發(fā)明的具體實(shí)施例I。參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的柔性附著布置選取方法的步驟如下I)取得冷卻塔的尺寸以及塔吊柔性附著參數(shù)參照?qǐng)D2和圖3，為22000m2超大型冷卻塔塔筒施工采用單塔吊作業(yè)的柔性附著布置情況。豎向布置時(shí)，塔吊的獨(dú)立高度為55. lm，往上每道附著豎向布置2的間距為33m;平面布置時(shí)，采用四個(gè)方向的附著平面布置3，每個(gè)方向分為上下兩層，共8個(gè)附著點(diǎn)，各個(gè)附著點(diǎn)的水平和豎向間距為5m，由塔吊的自身穩(wěn)定要求確定塔吊柔性附著張拉力大小、張拉力大小與張拉間距的關(guān)系；2)建立施工期冷卻塔有限元分析模型參照?qǐng)D4 一圖6，根據(jù)冷卻塔I的尺寸和塔吊柔性附著參數(shù)，建立不同施工階段的3個(gè)冷卻塔有限元模型，采用殼單元建模，環(huán)基以下施加固定約束。其中參數(shù)選取如下a、混凝土參數(shù)混凝土強(qiáng)度及彈性模量取值隨時(shí)間變化，，根據(jù)施工周期確定；b、鋼筋影響鋼筋混凝土等效彈性模量通過配筋率確定，計(jì)算公式為E=Ec(I-P )+Es P其中，E為等效彈性模量，Ec為混凝土彈性模量，P為體積配筋率，P =0. 01，Es為鋼筋彈性模量，Es=2. OX IO11Pa ；C、施工期風(fēng)荷載由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值公式轉(zhuǎn)換得到 Wk(ζ, θ ) = κ β Cp( θ ) μ zw0其中，k為施工期風(fēng)荷載因子，根據(jù)施工工期確定為O. 7。3)確定初始的柔性附著整體布置SI以塔筒中心作為附著布置中心，給出初始整體布置SI，由于為單塔吊布置，平面布置接近塔中心即可，塔筒受力基本對(duì)稱，豎向布置初步考慮附著間距為25m，張拉力較小，對(duì)不同高度有限元模型進(jìn)行計(jì)算；
4)模擬冷卻塔各施工階段，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整SI計(jì)算結(jié)果表明，應(yīng)力和位移較小，為減小施工難度,提高施工連續(xù)性,增大附著間距，同時(shí)增大張拉荷載，根據(jù)計(jì)算結(jié)果再次進(jìn)行調(diào)整，確定最終整體布置Si’，其中豎向布置間距為33m。5)根據(jù)SI’，建立初始局部分析模型Kl，調(diào)整Kl，確定最終局部布置ΚΓ參照?qǐng)D7，根據(jù)最終整體布置SI’的 計(jì)算結(jié)果，建立局部分析模型K1，模型建立考慮塔筒平面為圓形，取冷卻塔喉部附近1/4圓周進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算高度大約為兩道豎向附著的間距，再將網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分。對(duì)調(diào)整為7天、10天、15天、20天的混凝土張拉齡期，調(diào)整為錨固點(diǎn)間距3m、4. 5m、6m、8m進(jìn)行試算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定最終局部布置ΚΓ ,其中張拉齡期最終確定為15天，錨固間距確定為5m。6)據(jù)ΚΓ，結(jié)合施工工藝確定合理的局部加固方式參照?qǐng)D8，根據(jù)ΚΓ中應(yīng)力和變形的大小，確定局部加固區(qū)域和方式，采用兩層預(yù)埋鋼板4加固，同時(shí)加固區(qū)域設(shè)置加強(qiáng)箍筋5，并增加附加的縱向鋼筋和橫向鋼筋。基于施工期的塔筒安全，本發(fā)明提供了一種超大型冷卻塔柔性附著布置方案的選取方法，通過建立有限元模型進(jìn)行對(duì)比分析確定豎向、橫向以及局部的布置，針對(duì)具體的大塔尺寸和塔吊參數(shù)可以根據(jù)此方法進(jìn)行分析調(diào)整，并確定詳細(xì)的布置。其他具體實(shí)施例本實(shí)施例的主要特點(diǎn)是根據(jù)冷卻塔的尺寸和塔吊柔性附著參數(shù)，建立不同施工階段的4或5個(gè)冷卻塔有限元模型，采用實(shí)體單元建模。其余同具體實(shí)施例I。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先，選取冷卻塔有限元模型進(jìn)行三維分析，包括選取施工期混凝土的材料參數(shù)；設(shè)定計(jì)算邊界以及確定施工期風(fēng)荷載和施工荷載； 2)其次，擬定一個(gè)初始的鋼絲繩的張拉力和附著整體布置，包括豎向和橫向布置，施加至施工期冷卻塔有限元模型進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整并確定整體布置方案，即確定柔性附著的層數(shù)以及橫向間距； 3)再次，建立局部分析模型，確定預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)混凝土齡期，局部間距以及具體加固方式，通過計(jì)算分析流程確定冷卻塔的整體和局部布置方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于步驟I)所述的選取冷卻塔幾何模型進(jìn)行三維有限元分析，包括確定冷卻塔的尺寸、確定塔吊柔性附著張拉力大小、張拉力大小與張拉間距的關(guān)系，以及建立施工期冷卻塔有限元分析模型；所述建立施工期冷卻塔有限元分析模型，是指在冷卻塔塔筒由下至上翻模或者滑模施工，提取3 5個(gè)典型施工高度模型，采用實(shí)體單元或者殼單元建立有限元分析模型，對(duì)環(huán)基以上部分進(jìn)行分析，環(huán)基以下施加固定約束，選取施工期混凝土參數(shù)、鋼筋彈性模量以及施工期風(fēng)荷載。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于步驟2)所述的擬定一個(gè)初始的鋼絲繩的張拉力和附著整體布置，包括 1)確定初始的柔性附著整體布置Si 以塔筒中心作為附著布置中心，給出初始整體布置Si，其中橫向布置應(yīng)保證基本對(duì)稱，塔筒受力對(duì)稱；豎向布置基本保持在20 40m范圍，同時(shí)施加相應(yīng)的張拉力； 2)模擬冷卻塔各施工階段，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整SI 根據(jù)各個(gè)施工高度的冷卻塔計(jì)算模型，計(jì)算應(yīng)力和變形的結(jié)果，結(jié)合塔吊柔性附著參數(shù)，調(diào)整SI的豎向和橫向布置，并確定最終整體布置SI’ ； 3)根據(jù)SI’，建立初始局部分析模型Kl，調(diào)整Kl，確定最終局部布置Kl’ 根據(jù)SI，的計(jì)算結(jié)果建立初始局部分析模型K1，對(duì)應(yīng)7天或7天以上的不同混凝土張拉齡期以及3m或3m以上的不同錨固點(diǎn)間距進(jìn)行試算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定最終局部布置K1，； 4)根據(jù)ΚΓ，結(jié)合施工工藝確定合理的局部加固方式 根據(jù)ΚΓ中應(yīng)力和變形的大小，確定局部加固區(qū)域和方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于所述的混凝土參數(shù)，包括混凝土強(qiáng)度和彈性模量，其取值隨時(shí)間變化，根據(jù)施工周期確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置方法，其特征在于所述的鋼筋混凝土等效彈性模量通過配筋率確定，計(jì)算表達(dá)為E=Ec (I-P )+Esp 其中，E為等效彈性模量，E。為混凝土彈性模量，P為體積配筋率，Es為鋼筋彈性模量。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于所述的施工期風(fēng)荷載由設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值表達(dá)式轉(zhuǎn)換得到 Wk (Z, θ ) = κ β Cp ( θ ) μ zw0 其中，k為施工期風(fēng)荷載因子，根據(jù)施工工期取O. 6 I. O。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于步驟3)所述的初始局部分析模型Kl以塔筒平面為圓形，取冷卻塔喉部附近1/4圓周進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算高度取冷卻塔的其中兩道附著的豎向間距，再將網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)分。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于步驟4)所述的局部加固方式采用兩層預(yù)埋鋼板加固，同時(shí)加固區(qū)域設(shè)置加強(qiáng)箍筋，并增加附加的縱向鋼筋和橫向鋼筋。
全文摘要
本發(fā)明公開基于塔筒安全的超大型冷卻塔施工塔吊的柔性附著布置選取方法，其特征在于包括以下步驟1)首先，選取冷卻塔有限元模型進(jìn)行三維分析，包括選取施工期混凝土的材料參數(shù)；設(shè)定計(jì)算邊界以及確定施工期風(fēng)荷載和施工荷載；2)其次，擬定一個(gè)初始的鋼絲繩的張拉力和附著整體布置，包括豎向和橫向布置，施加至施工期冷卻塔有限元模型進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整并確定整體布置方案，即確定柔性附著的層數(shù)以及橫向間距；3)再次，建立局部分析模型，確定預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)混凝土齡期，局部間距以及具體加固方式，通過計(jì)算分析流程確定冷卻塔的整體和局部布置方案。本發(fā)明克服施工期風(fēng)荷載、施工荷載對(duì)塔筒的影響，有利于增強(qiáng)塔筒的安全性、穩(wěn)定性，保證塔吊的施工安全，使施工工期有保證，控制塔體的造價(jià)。
文檔編號(hào)E04H5/12GK102839819SQ20121029947
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者盧欽先, 馬兆榮, 徐榮彬, 陸曉琴, 劉晉超, 孫小兵, 劉立威 申請(qǐng)人:中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院