一种用于大型冷却塔施工的120米高普通钢管扣件竖井架

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本发明属于建筑领域，特别涉及普通钢管扣件构成的高难度竖井架在 大型冷却塔施工中的应用技术。\n目前，随着火电厂单机容量的增大，冷却塔也在向高大方向发展。由 于没有专用的高型塔吊，施工垂直运输还得依靠竖井架。电力施工队伍施 工冷却塔均采用4-16孔标准竖井架。标准竖井架加工精度要求高，连 接件制作复杂，过高造成稳定性不强，因此只有加大管件断面。两地地区 相对风荷载大，基本风压在60kg/m2左右，对竖井架整体稳定性要 求高。采用标准竖井架施工高大冷却塔有以下几个困难：一是建设投 资大；二是施工难度大；三是作为非电力施工队伍今后重复使用率低。\n本发明的目的是针对高大冷却塔施工中采用标准竖井架施工存在的 问题，采用普通脚手钢管扣件搭设120米高竖井架，减少了施工投入， 降低了施工成本，为大型冷却塔施工提供了新的方法。\n本发明的技术方案是这样的。该竖井架结构设主孔16孔、加强孔20 孔、立杆51根，立杆与水平杆在每层形成51个节点，每个节点2个扣件， 共计102个扣件。缆风绳设置从距地面20米起拉绳，以上35米、50米、 63米、76米、89米、102米、120米处，共拉八层风绳。栈桥从距地面 35米起拉六层风绳，拴风绳节点要求角上4个立杆之间加“十”斜撑，绳 拴4根立杆。为了解决普通脚手钢管扣件竖井架在大型冷却塔工程施工中 的运用，主要研究通过节点计算、结构计算验证普通脚手钢管扣件的受力 情况及特点，能否独立完成120米超高井架的施工。技术关键是按初步 选定的竖井架断面和纤身直径计算各杆件纤绳及组合断面的力学特性，其 特征在于竖井架的截面惯性矩、抗弯刚度、回转半径及格构折减系数是通 过以下荷载计算：\n(1)风荷载：按TJ9-74荷载规范的规定进行计算，其不同高度的 风压值W可按下式进行计算：\n        W＝βKZK(1+η)W0∑A0\n(2)竖井架自重：由于断面不同，为了便于计算，可用单位米为依据， 各段均匀分布，根据以上荷载即可绘制出竖井架的受力简图；\n(3)将纤绳节点视为刚性支座，求出刚性支座连续梁在水平荷载作用下 的支座反力R；\n(4)求纤绳应力：纤绳受力Py为支座反力R和纤绳本身所受的风荷载 在节点处引起的水平反力u之和，u的计算式如下：\n        u＝w1(L+sin2β)\n(5)进行杆身计算，将求得的纤绳应力值转化为角位移连续方程和支座 反力平衡方程所需的各项系数，通过三角系数表查出各三角系数，可列出 杆身支座弯距和位移的联立方程组，求解即可得出各支座的弯矩和位移 值。然后分跨求出各节间的最大弯矩及其位置，绘制杆身弯距图、剪力图、 轴力图和位移。\n通过以上计算进行强度和稳定性校核，主要进行以下四个方面的校 核：\n(1)竖井架杆身正应力校核： $\sigma =\frac{M\max }{W}+\frac{N}{\mathrm{\xi F}}$\n(2)局部稳定校核：竖井架是由许多立杆分节组合而成的，仅考虑强度 的安全是不够的，还必须考虑到它的稳定。竖井架的失稳有两种可能：一 是整体丧失稳定，整个竖井架倾复；另一种是某节杆件局部失稳，发生较 大的变形，导致结构破坏。因此局部稳定和整体稳定都要进行核算。局部 稳定核算按下列公式： $\sigma \max =(\frac{M\max }{{\mathrm{\Sigma h}}_i}+\frac{N}{n})\frac{1}{\mathrm{\phi F}}<\left[\sigma \right]$\n(3)整体稳定校核：容许的整体稳定安全系数[k]应控制在1.5-2.5 之间，小于1.5为不安全，一般以大于2为好。其计算公式为： $K=\mathrm{\beta n}\frac{{\mathrm{\Sigma V}}_i}{\Sigma ·N_i/I}$\n(4)自振周期校核：由于杆身计算中需先假定一个自振周期，才能进行 风荷载的计算，因此当截面选定后，必须进行校核，视其实际自振周期与 假定周期是否接近。如果实际周期与两者相差甚大，则需将实际周期代入 荷载计算公式重新进行计算，自振周期的计算公式为：\n           T＝2π/Ф\n按照上述荷载计算及校核，该竖井架立杆采用51根Ф4.8普通钢 管主孔16个，加强孔20个的塔外120米高竖井架，架设符合有关要 求，圆满完成了超高冷却塔施工任务。\n本发明采用普通脚手钢管扣件竖井架运用于大型冷却塔成功实施和 理论验算是普通脚手钢管件在使用高度上的一大突破，经论证计算及实际 检验，该120米高竖井架经济实用、安全可靠，施工简便，对任何大型 构筑物和高层建筑具有广泛的推广使用价值。根据施工高度需要，井架高 度可突破120米。\n本发明的实施例结合附图加以说明。\n图1为本发明竖井架结构示意图。\n如图所示，本发明竖井架的各部件及标识为：1—立杆 2—水平杆 3—栈桥 4—栏杆 5—缆风绳 6—冷却塔顶标高 7—竖井架顶 标高 8—方框架 9—缆风绳地锚 10—冷却塔 11—冷却塔人字 柱\n本发明120米高普通钢管扣件竖井架应用对象冷却塔的标高为102 米，淋水面积为4500m2。为了保证竖井架的稳定性，竖井架的截面 惯性矩、抗弯刚度、回转半径及格构折减系数是通过以下荷载计算：\n(1)风荷载：计算公式为\n       W＝βKZK(1+η)W0ΣA0\n       公式中：W—风荷载    β—风振系数\n               KZ—风压高度系数    K—杆件体型系数\n               η—背风桁架影响系数    W0—基本风压\n               ΣA0—杆件挡风面积之和\n(2)竖井架自重\n(3)纤绳节点视为刚性支座，求水平荷载作用下支座反力R。\n(4)求纤绳应力：纤绳受力Py为支座反力R和纤绳本身所受的风荷载 在节点处引起的水平反力u之和，u的计算式如下：\n    u＝w1(L+sin2β)\n    式中：L—纤绳长度    β—纤绳与地面夹角\n           W—纤绳2/3高度处计算风压\n(5)进行杆身计算：将求得的纤绳应力值转化为角位移连续方程和支座 反力平衡方程所需的各项系数。\n在上述计算的基础上应进行以下几方面的校核：\n(1)竖井架杆身正应力校核： $\sigma =\frac{M\max }{W}+\frac{N}{\mathrm{\xi F}}$\n式中：Mmax—各跨最大弯矩    N—最大弯矩处所在位置轴向力\n       ξF—格构折减系数    F—组合截面面积\n(2)局部稳定校核： $\sigma \max =(\frac{M\max }{{\mathrm{\Sigma h}}_i}+\frac{N}{n})\frac{1}{\mathrm{\phi F}}<\left[\sigma \right]$\n式中：Mmax—各跨最大弯矩\n      Σhi—断面受压区各单肢力矩之和\n      n—断面立杆数    φ—受压杆件折减系数\n      F—单肢截面积     N—最大弯矩所在位置轴向力\n(3)整体稳定校核： $K=\mathrm{\beta n}\frac{\underset{i}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_i}{\underset{j}{\overset{n}{\Sigma }}·N_i/I}$\n    式中：K—整体稳定系数  βn—与纤绳层数相关系数\n         Vi—支座刚度      Ni—各跨平均轴向力\n          I—各跨高度\n(4)自振周期校核\n    T＝2π/φ\n    式中：T＝自振周期 $\phi =\frac{3\mathrm{xn\Sigma VnXx}}{{\mathrm{mI}}^3}$\n    Xn—竖井架高度   \n该竖井架结构设主孔16孔，加强孔20个，立杆51根。立杆与水 平杆在每层形成51个结点，每个节点2个扣件，共计102个扣件。缆风 绳设置从距地面20M起拉绳，以上35M、50M、63M、76M、 89M、102M、120M处，共拉八层风绳。栈桥从距地面35M起 拉六层风绳。拴风绳节点要求角上4个立杆之间加“十”字斜撑，绳栓4 根立杆。栈桥与井架同宽，随塔体与井架距离加大而延伸，栈桥与井架的 连接以扣件连接。