立式仓的滑模设计

2022-03-24张志伟周跃忠林炳然

现代食品 2022年4期

◎ 张志伟，周跃忠，林炳然

（杭州市仁和粮食储备有限公司，浙江杭州 311107）

在立式仓建设过程中，为满足施工速度快、现场施工场地占用少、构筑物结构整体性强、抗震性能好、作业安全有保障、机械化应用程度高及施工环境与经济综合效益显著提高的需要，通常采用滑模技术[1]。在滑模前，模板结构形状、牵引设备等一系列的设计和荷载运算是施工过程中最关键的一步，本文主要对滑模中一系列的设计和荷载运算等进行阐述，以期为滑模施工提供参考。

1 操作系统

本文采用GYD－60型滚珠式千斤顶为例，以每榀开字架设置1台千斤顶的计算如下：

式中：N-千斤顶需要数量，只；∑F-全部荷载综合，包括平台自重、施工荷载、摩擦阻力，kN；P-千斤顶提升力，kN；φ-千斤顶整体拆减系数，与平台钢度及设计系数有关，φ＝1.0时，结合模板的摩阻力、平台自重、施工荷载及组合荷载等，利用上述公式计算出滑模实际需要的千斤顶数量。

支撑杆载荷的计算公式为：

式中：P0为支撑杆的允许承载荷；α为工作条件系数取0.7～1.0，一般整体刚性平台取0.7、分割式平台取0.8；K为安全系数，不小于2.0；L为支撑杆脱空长度，cm。当支撑杆在结构体内时，L为千斤顶下卡头到混凝土上表面的距离，kN。正常滑升时，支撑杆脱空长度取90 cm，支撑杆承载力为P0=支撑杆满足滑模要求。

2 提升架

提升架又叫门架，提升架的主要作用是防止模板侧向变形，在滑升过程中将全部垂直荷载传递给千斤顶，并通过千斤顶传递给支撑杆，把模板系统和操作平台系统连成一体，因此提升架必须有足够的刚度，在荷载作用下，其立柱的侧向变形应≤2 mm。提升架由立柱、横梁、牛腿和外挑梁架等组成。横梁由10#、12#槽钢制作，立柱用槽钢、角钢、钢板焊接而成。提升架的2根立柱必须保持平行，并与横梁连接成90°，本文采用的提升架为双横梁的“开”字形提升架。

2.1 横梁的计算

当横梁与立柱刚性连接时，弯矩M按两端固定梁计算，计算公式为[2-3]：

式中：P为千斤顶的顶升力，kN；L为横梁的跨度，cm。提升架荷载和受力简图见图1。

2.2 立柱的计算

立柱的强度计算公式如下：

式中：M为水平力对立柱产生的弯矩，N，M=H111+H212；H111、H212为作用于立柱的水平力，kN（混凝土的侧压力、冲击力等）；N为作用于立柱上的竖向荷载，kN，N=N1+N2+N3+N4+N5；N1、N2为模板的自重和摩擦阻力，kN，由围圈传给立柱的垂直力，kN；N3、N4为上、下操作平台传给立柱的垂直力，kN；W为立柱截面的抵抗矩，kN；A为立柱截面积，cm2。

3 围圈结构

围圈又称围檩，用于固定模板，采用L75×7角钢。围圈是模板系统中的横向支撑，沿仓内、外壁截面周长进行设置，上、下各一道。模板固定在围圈上，围圈同时承受水平荷载（混凝土侧压力、冲击力和风力）和垂直荷载（模板和围圈自重力、摩阻力、操作平台的自重力和施工荷载）[4]。

围圈的计算可按三跨连续梁支撑在提升架上，计算跨度的间距，见图2。由于混凝土轮圈依次浇注，作用在围圈上的荷载并非均布于各跨支撑点上，按最不利的情况取荷载。由于围圈同时受到水平和垂直荷载的作用，因此要受双向弯曲的连续梁计算，计算公式如下：

式中：H为围圈承受的水平荷载，kN；V为围圈承受的垂直荷载，kN。围圈计算图见图2。

图2 围圈计算图

（1）提升架的间距。a.模板侧压力F=0.22×25×b.水平总荷载为F=5×116=580 kN；c.垂直总荷载为477 kN；分别求得Mx=0.117×580×1.3×1.3=115 kN·m；My=0.117×477×1.3×1.3=94 kN·m。

（3）围圈挠度计算。

（4）稳定性计算。

4 内力位移

4.1 最不利内力

由于平台为圆形（或方形、矩形）空间结构体系，各杆件形状、截面、连接方式、角度不一样，准确计算较为困难，一般都化简为平面结构形式，并作某种假定进行计算[5]。各效应组合下最大支座反力设计值见表1。

表1 各效应组合下最大支座反力设计值表

框架结构内力计算与设计对工程的框架受力有直接的影响。为了保证建筑工程的安全，设计人员在设计时，需要根据工程的实际需要，结合工程的特点，在设计中尽可能地采用安全合理的设计方案，进而保证整个设计的科学合理。各效应组合下最大支座反力标准值表见表2。

表2 各效应组合下最大支座反力标准值表

4.2 内力包络及统计

设计承荷载的结构（如吊车梁、楼盖连续梁及桥梁结构等）时，需要求出每个截面的最大内力和最小内力（最大负值）。连接各截面最大、最小内力的图形，称为内力包络图。实际工作中的内力包络图，应同时考虑恒载和移动荷载（活载）的作用，而且移动荷载还要考虑其动力作用的影响。具体做法是将考虑动力影响后的移动荷载产生的内力与恒载作用下的内力按可能发生的最大、最小内力叠加，根据各截面叠加后的最大、最小内力绘制内力包络图。按轴力N最大显示构件颜色图见图3。轴力N最大的前3个单元的内力表见表3。按轴力N最小显示构件颜色图见图4。轴力N最小的前3个单元的内力见表4。按弯矩M2最大显示构件颜色见图5。弯矩M2最大的前3个单元的内力见表5。按弯矩M2最小显示构件颜色见图6。按弯矩M2最小的前3个单元的内力见表6。按弯矩M3最大显示构件颜色见图7。弯矩M3最大的前3个单元的内力见表7。按弯矩M3最小显示构件颜色图见图8。弯矩M3最小的前3个单元的内力表见表8。

表3 轴力N最大的前3个单元的内力表

表4 轴力N最小的前3个单元的内力表

表5 弯矩M2最大的前3个单元的内力表

表6 弯矩M2最小的前3个单元的内力表

表7 弯矩M3最大的前3个单元的内力表

表8 弯矩M3最小的前3个单元的内力表

图3 按轴力N最大显示构件颜色图（单位：kN）

图4 按轴力N最小显示构件颜色图（单位：kN）

图5 按弯矩M2最大显示构件颜色图（单位：kN·m）

图6 按弯矩M2最小显示构件颜色图（单位：kN·m）

图7 按弯矩M3最大显示构件颜色图（单位：kN·m）

图8 按弯矩M3最小显示构件颜色图（单位：kN·m）

4.3 组合位移

为了解高烈度区高层混合结构地震反应情况,本文对一型钢混凝土框架──钢筋混凝土筒体模型结构进行了有限元分析，讨论了外框架连接、梁和柱距等形式变化时对结构侧移的影响,并对框架柱在不同加速度地震波输入时可能发生的破坏模式进行了研究，可为该类工程结构设计提供参考。最大正位移组合见图9，最大负位移组合见图10。

图9 最大正位移组合1：Uz图（单位：mm）

图10 最大负位移组合1：Uz图（单位：mm）

5 材料计算

材料：Q235；弹性模量：2.06×105N/mm2；泊松比：0.30；线膨胀系数：1.20×10-5；质量密度：7 850 kg·m-3[2]。

5.1 计算结果图及统计表

根据计算分析模型，进行规范检验，检验结果表明，结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.20，杆件应力比分布图见图11。按“强度应力比”显示构件颜色见图12。“强度应力比”最大的前10个单元的验算结果见表9。按“强度应力比”统计结果表见表10。按“绕2轴应力比”显示构件颜色图见图13。“绕2轴整体稳定应力比”最大的前10个单元的验算结果表见表11。按“绕2轴整体稳定应力比”统计结果见表12，按“绕3轴应力比”显示构件颜色见图14，“绕3轴整体稳定应力比”最大的前10个单元的验算结果见表13，按“绕3轴整体稳定应力比”统计结果表见表14。