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摘要:文章介绍滑升模板的技术应用、使用原理、构造及各部分的作用,分析中电三十八所120m超高测试塔在施工中的具体应用、具体措施和施工步骤。
关键词:滑升模板技术;测试塔;施工原理;液压控制系统
1工程概况
中电三十八所测试塔以七项新技术应用,荣获2007年度安徽省科技示范工程,它也是目前安徽省同类特殊构筑物工程中,高度最高,施工难度最大,施工技术较为先进的工程。现将该工程滑模施工技术介绍如下,供设计和施工参考。中电三十八所测试塔设计高度为120m,110m以下为钢筋混凝土圆筒结构,筒身底部直径为10m,顶部出口直径8m,在60m及110m筒身处组合钢结构观察平台一层,其半径为7.8m,北向全高设电梯井一座,南向60m以下布置有凹槽,筒内布置有钢筋混凝土楼梯,每9m高设有现浇楼层。筒身壁厚:24m以下为60cm;24m~60m为50cm;60m~83m为40cm;83m以上为30cm,外壁坡度60m以下收径2m,锥度为3.3%,60m以上为直筒。电梯井壁厚:24m以下为60cm;24m~83m为50cm;83m以上为30cm。筒体混凝土强度:60m以下为C50,60m以上为C40。
2滑升模板施工原理
滑升模板是现浇混凝土工程的一种活动成型胎模,主要由工具式模板和液压提升机具两部分组成。工具式模板由多块1.2m高的模板,按照设计的截面形状连续组拼而成,即在两侧模板(或内外模板)之间,形成一个上下贯通的活动套槽。施工过程中,在提升机具的作用下,工具式模板可沿垂直线、斜线或曲线向上滑升,混凝土由模板的上口分层(每层厚度30cm左右)向套槽内浇灌,当模板内最下层的混凝土达到一定的强度后(一般在1kg/cm2~3kg/cm2),模板套槽即依赖液压提升要具的作用,沿着已浇灌的混凝土壁,向上滑升一段高度(一般30cm左右),这样,一边向模板内浇灌混凝土,一边将模板向上滑升,使已成型的混凝土不断脱模,如此连续循环,直至达到设计的高度,一般情况下,在整个工程施工完毕之前,模板不必拆卸和重新组装。
3滑模结构及计算
3.1滑模结构组成
滑模主要由模板结构系统、平台操作系统、液压提升设备系统三大部分组成。
3.1.1模板结构系统由模板、围箍、提升架组成①外模板为3厚高1250mm、长2500mm钢模板,内模为1200mm×150mm普通钢模,采用<30×30角钢骨架;收分模板为六道3厚高1250mm、宽300mm钢模板。
②围箍设内、外各二道,采用10槽钢。
③提升架采用[20槽钢制成,内外圈模板上下口处对称设置Φ25调径螺栓。
3.1.2操作平台系统
操作平台为辐射状钢梁结构,共分为上、下2个平台。上平台由12对主辐射梁、5对附加辐射梁、外栏圈及一道加强圈组成,平台面板用100mm×50mm杉木方密铺,下平台由4道主钢梁及8道副钢梁组成,用16根Φ25拉杆分别与辐射梁拉紧。形成单层满堂吊架,并铺杉木方、挂安全网,形成封闭工作空间;筒壁外设钢吊架挂安全网封闭。
3.1.3液压控制系统
液压控制系统由一套液压控制台(YKT-36型)、4个油路分支、21个千斤顶(GYD-36型珠式液压)组成。
3.2滑模计算(仅介绍计算方法)
3.2.1滑动模板、围圈和提升架计算
3.2.1.1模板计算
模板高度根据混凝土到达出模强度时间和模板滑升速度用下式计算:
H=TV(1)
式中:H———模板高度(mm)
T———混凝土达到滑升强度所需的时间(h)
V———模板的滑升速度(m/h)
模板要求具有足够的高度。模板所受荷载主要为新浇混凝土对它的侧压力、冲击力和滑升时混凝土对它的摩阻力,模板设计主要考虑前两项荷载。
新浇混凝土和振捣时的侧压力:对于新浇灌侧压力分布如其侧压力合力取γ•hkN/m,合力的作用点在2/5H(H为符号意义同前。
②立柱计算。当立柱与横梁为钢接时,立柱可作为悬臂梁计算,按拉弯杆件验算(图8b);当立柱与横梁为铰接时,立柱也可作为悬臂简支梁,同样按拉弯构件验算。
立柱的强度按下式验算:
σ=M/W+N/A≤f(10)
式中:M———水平力对立柱产生的弯矩,M=H1×L1+H2×L2;
其中:H1、H2———作用于立柱的水平力(混凝土的侧压力、击力等)
L1、L2———横梁至上围圈、下围圈的距离
N———作用于立柱上的竖向荷载:
N=N1+N2+N3+N4+N5
其中:N1、N2———模板的自重力及摩阻力,由围圈传给立柱垂直力
N3、N4———上、下操作平台传给立柱的垂直力
N5———吊脚手架传给立柱的垂直力
W———立柱截面的抵抗矩
A———立柱截面的面积www.tmgc8.com
立柱的侧面变形要求不大于2mm,按下式验算。
对于立柱与横梁为钢接时,按悬臂梁计算:ωA=(H2b2l/6EI)×(3-b/l)(11)
对于立柱与横梁为铰接时,按悬臂简支梁计算:ωA=(H2b2l/6EI)×(3a+2b+2c+2ac/b)(12)
式中:H2———混凝土的侧压力,冲击力
E———钢材的弹性模数
I———立柱的截面惯性矩其他符号意义。
3.2.2操作平台计算
滑动模板操作平台是液压滑模提升时承受各种施工操作、设备荷载的主要平台。由于平台为圆形空间结构体系,各杆件形状、截面、连接方式、刚度不一,精确计算较为困难,将其化简为平面结构形式,并作某种假定进行计算。
本法是把操作平台视为一个由内、外环梁、辐射梁组成的平面桁架,并将环梁假定为一刚性不变体,其横截面(剖面)视作为一封闭的平面框架。中心环梁、辐射梁之间的连接按铰接考虑。并将平台荷载简化均布荷载,均布荷载均匀传递到辐射梁上。
辐射梁的截面强度可按下式计算
M=ql2/8σ=M/ω(13)
式中:q———辐射梁承受的均布线荷载
L———内外环梁之间的距离
ω———辐射梁截面的抵抗矩
3.2.3模板滑升速度计算
模板滑升应控制滑升速度,它是保证模板结构不被损坏和混凝土质量的重要环节,模板的滑升速度可按以下计算确定。
①当支撑杆无失稳可能性时,按混凝土的出模强度控制模板的滑升速度,可按下式计算:
V=(H-h-a)/T(14)
式中:V———模板滑升速度(m/h)
H———模板高度(m)
h———每个浇筑层厚度(m)
a———混凝土浇灌满后,其表面到模板上口的距离,取0.05m~0.1m
T———混凝土达到出模强度所需的时间(h)
②当支撑杆受压时,按支承杆的稳定条件控制模板的滑模速度,可按下式计算:
V=10.5(/T×vKP)+(0.6/T)(15)
式中:V———模板滑升速度(m/h)
P———单根支撑杆的荷载(kN)
T———在作业班的平均气温条件下,混凝土强度达到0.7N/mm2~1.0N/mm2所需要的时间h,由试验确定
K———安全系数,取K=2.0
3.2.4支撑杆及千斤顶设计
3.2.4.1验算支撑爬杆的容许承载力
①根据滑升状态计算荷载。
a.平台钢结构自重(包括:平台钢圈、辐射梁、节点板、平台铺板、吊脚手、脚手板、平台拉杆、平台栏杆、鼓圈、井架等);
b.钢模板及围圈自重;
c.导索张力;
d.液压控制台、千斤顶、油管路等液压提升系统结构设备重;
e.避雷针、集料斗、连接板、安全网、工具等设备重为;
f.模板与混凝土摩擦力;
g.平台施工荷载;
h.风荷载。
a~f项视为滑模系统恒荷载。
总荷载Q=滑模系统恒荷载×分项系数+模板摩擦力×分项系数+平台施工荷载×分项系数+风荷载
②千斤顶承载力。
千斤顶选用GYD-35,工作起重量N:1.5~2.0t,取2.0(t19.6kN)。
n=Q/N
式中:n———千斤顶数量
Q———总荷载
③核算支承爬杆容许承载力。
支承爬杆实际承载N实=Q/n。
Φ48×3钢管支承爬杆的容许承载力:
N=0.95ψAf
式中:N———支承爬杆的容许承载力
ψ———稳定系数按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
附录C表C-1查用
A———支承爬杆的截面积
f———支承爬杆容许应力
④正常滑升时支撑爬杆允许承载力。
稳定校核公式:[N]=a40EJ/K(L0+95)2
式中:[N]———支承杆的允许承载力
α———工作条件系数,一般整体式刚性平台取0.7
K———安全系数,取不小于2.0
L0———支承杆脱空长度,从混凝土上表面至千斤顶
下卡头距离
J———支承杆的惯性矩
E———支撑杆材料弹性模量
4滑升模板施工步骤
①施工前检查基础的实际位置和尺寸,不得超过规范所规定的误差范围。
②现场施工准备工作,其中包括劳动准备、物资准备、机械准备、技术准备等工作。
③操作平台的组装及滑升设备的位置。
a.操作平台组装顺序:中心鼓圈→提升架→辐射梁→拉杆。
b.模板安装顺序:内模→绑扎钢筋→外模、固定围圈调整装置→固定围圈→活动围圈顶等装置→活动围圈→活动模板及收分模板。www.tmgc8.com
c.安装液压系统及电子系统。
d.提升到一定高度后,安装内吊脚手架、外侧围栏及悬挂安全网。
④滑升、调经、模板收分与抽拔。
a.初升:当混凝土分层浇筑高度达到模板高度的2/3控制在2小时内浇筑完毕即可提升,在提1~2个行程,观察各组装系统的工作情况是否正常,混凝土强度达到0.5MPa即可转入正常滑升阶段。
b.正常滑升阶段:绑扎钢筋→浇筑混凝土→提升循环,每次提升高度25~30cm,提升后拉紧导索轨道再行上料。
c.根据气候条件掌握提升的间隔时间和进度,保证混凝土出模不流淌、不塌落、表面光滑。
d.调整:设专人负责,每滑升一次结束,按调整表规定的标高、半径值将提升架向前推进。调整的起始点与方向应结合平台的垂直及扭转情况来决定。
e.模板的收分:与调整、半径收分同步进行,要求每提升二次(50cm~60cm)检查一次半径尺寸,检查方法按新入模混凝土标高的筒身设计半径,采用吊线法找中,然后实测记录,作为原依据,每一次收分量不宜大于10mm。
f.模板的抽拔:当活动模板与收分模板变径收分后,重复在一起时,应在提升混凝土前及时抽拔掉活动模板,用一悬挂于两提升四周移动的模梁上的1t小导链进行操作,抽掉活动模板。经方向不得超过30mm。
⑤筒身中心垂直度测定:采用线坠法,每提升一次,观察记录一次,连续记录各点的轨迹,发现问题及时调整。
⑥操作平台的纠偏倾斜中心纠偏利用调整平台倾斜来控制中心垂直偏差和扭转。
⑦钢平台的安装。钢梁制作过程中,一定要对焊接缝进行X探伤,确保焊接强度和质量。
⑧混凝土筒身的养护。滑升过程中,要随时抹压,混凝土筒壁涂刷养护液进行养护。
⑨垂直运输:采用筒壁辅助式人货提升电梯,随滑升而进行运输。
⑩滑升平台的改造:当滑升平台按图纸设计滑升到60m时,因测试塔变径,滑升平台缩小到8m直径,钢圈需进行平台改造。
