懸索理論在塔吊塔臂施工中的應(yīng)用

懸索理論在塔吊塔臂施工中的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)電視發(fā)射塔是一種高度突出的結(jié)構(gòu)。為了便于施工和安裝，塔架通常安裝在塔的中心，并用鋼絲繩連接到塔，這大大增加了安裝的高度。但是當(dāng)塔吊使用完畢后,不能自身降落拆卸。如何將塔臂從高空卸落下來,就成為施工安裝過程中的一大技術(shù)難題。我們在湖南電視塔施工中采用了纜索滑落拆除塔吊方案,這種方法技術(shù)先進(jìn)合理,安全經(jīng)濟(jì),茲簡述如下。1塔吊的滑索及駁岸湖南電視發(fā)射塔總高度為210m,塔身為正六邊形的無縫鋼管空間桁架結(jié)構(gòu),采用法蘭連接。安裝時,在塔心井道內(nèi)架設(shè)TQ80C塔吊,用鋼絲繩柔性附著于電視塔立柱上,使塔吊超高使用到150m高度。塔吊拆除時利用發(fā)射塔的塔樓作為工作面,將起重臂、平衡臂及配重進(jìn)行解體,然后用索道將其滑落。首先,在工作面上設(shè)一起伏式人字桅桿,桅桿長約5m,采用Ф108×4.5的鋼管,立腳捆牢以保證工作時不發(fā)生滑移。纜風(fēng)繩直接拖拉在平衡臂銷接處,并用5t手拉葫蘆控制桅桿起伏。設(shè)單滑子懸掛于人字桅桿,吊索采用Ф14.5鋼絲繩。將平衡塊逐塊取出,然后用事先準(zhǔn)備好的5t卷揚(yáng)機(jī)從發(fā)射塔塔身內(nèi)的空間逐塊放到地面。用上述類似方法可將平衡臂及起重臂擱到塔樓上。但因平衡臂與起重臂幾何尺寸較大,不能從發(fā)射塔塔身內(nèi)的空間落下,我們采用了纜索滑落方案。根據(jù)現(xiàn)場已有的設(shè)備及器材,主索道采用2Ф21.56×37+1鋼絲繩,一端與塔帽連接。為了防止滑落時平衡臂或起重臂與塔樓發(fā)生摩擦或碰撞,將主索道的地錨設(shè)在距發(fā)射塔塔心165m處,為了減少卷揚(yáng)機(jī)數(shù)量和不截?cái)噤摻z繩,拆卸塔吊工程具體實(shí)施時,采用一根Ф21.5的鋼絲繩,將一端錨固在地錨上,另一端通過塔帽頂端懸掛的20t定滑輪,再返回地錨處與5t卷揚(yáng)機(jī)連接,卷揚(yáng)機(jī)另一端與地錨錨固。卷揚(yáng)機(jī)的作用在于控制索道的垂度和改變吊重軌跡,以便將塔臂卸落到指定地點(diǎn)。牽引索采用1Ф15的鋼絲繩,一端懸掛在塔帽上,并通過10t走四滑車組,另一端與塔樓上的5t卷揚(yáng)機(jī)連接,以便控制速度。塔帽處用鋼絲繩附著于發(fā)射塔上,利用發(fā)射塔整體受力。為了保證發(fā)射塔的穩(wěn)定性,使其受力減小,在發(fā)射塔的另一側(cè)設(shè)置了一纜風(fēng)繩,其直徑為1Ф21.5,一端與塔帽連接,根據(jù)地形條件另一端錨固在距發(fā)射塔塔心約130m處。懸掛塔臂的行車采用4個3t的單滑輪。拆卸時,首先將主索道松弛,再將掛吊重的行車掛入主索道,起動索道卷揚(yáng)機(jī),調(diào)整索道承重后的垂度,使吊重位于塔樓上方一定距離,然后緩緩松動牽引繩,使吊重從塔樓上緩緩滑下而不與塔樓碰撞。塔吊塔身的拆卸:首先利用塔吊自卸裝置,卸下四節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。然后在發(fā)射塔立柱上懸掛滑車組,按序?qū)⑺薄⑺緳C(jī)室、爬升套架、上下支座和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拆除。2計(jì)算走廊的原理2.1ac、bc段采用如下基本假定:主索與塔頂索鞍接觸點(diǎn),主索與地錨接觸點(diǎn)視為不動點(diǎn),主索按兩端鉸支計(jì)算;主索具有較好的柔性,可以認(rèn)為主索任一截面上只承受張力而不承受彎矩和壓力;行車運(yùn)行速度較慢,可忽略動力影響。懸索計(jì)算坐標(biāo)系如圖1所示,其坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)在曲線的頂點(diǎn)。在圖1上取一線元dt如圖2所示,由力學(xué)平衡條件可得主索在自重下的微分方程為Η0d2ydx2=qdldx(1)式中,q為主索線密度,H0(常數(shù))為水平張力。令wx=qdldx,wx為主索單位長度自重折合在ox軸上的單位長度重量。令wx=q+ρ0x2,ρ0為主索自重沿ox軸遞增的遞增系數(shù)。解微分方程(1)得y=q2Η0x2+ρ012Η0x4(2)主索自重為G=q3(secγ+2)2l30108Η20(secγ+1)+ql0[1+9(secγ+1)tan2γ4(secγ+2)2](3)式中,γ為AB弦與ox軸的夾角。主索在自重下的索長及張力計(jì)算坐標(biāo)系如圖3所示。設(shè)wx1=w1+ρ1x21wx2=w2+ρ2x22式中,wx1、wx2分別為主索AC、BC段單位長度自重折合在ox軸上的單位長度重量。w1、w2分別為A、C兩處單位長度重量折合在ox軸上的單位長度重量,ρ1、ρ2為主索AC、CB兩段自重沿ox方向的遞增系數(shù)。AC和CB兩段索的自重分別為G1=q3(secγ1+2)2x3108Η20(secγ1+1)+qx[1+9(secγ1+1)tan2γ14(secγ1+2)2]G2=q3(secγ2+2)2(l0-x)3108Η20(secγ2+1)+q(l0-x)[1+9(secγ2+1)tan2γ24(secγ2+2)2]AC和BC兩段曲線的方程分別為y1=w12Η0x21+ρ112Η0x41+(tanγ1-w12Η0x-ρ112Η0x3)x1y2=w22Η0x22+ρ212Η0x42+[tanγ2-w22Η0(l0-x)-ρ212Η0(l0-x)3]x2式中,ρ1=q2h1x2Η0;ρ2=q2h2(l0-x)2Η0;w1=G1x-ρ13x2;w2=G2l0-x-ρ23(l0-x)2。由圖3可知h1=xtanγ-fx;h2=(l0-x)tanγ+fx;tanγ1=tanγ-fxx;tanγ2=tanγ+fx(l0-x)由Η0(dy1dx1)x1=x=Η0(dy2dx2)x2=0得C點(diǎn)的垂度為fx=6GΗ0x(l0-x)-q2hx(l0-x)(l0-2x)12Η20l0+q2l0(l0-x)x(4)AC段的索長s1為s1≈∫x0[1+12(w1x1Η0+ρ13Η0x31+tanγ1-w1x2Η0-ρ1x312Η0)2]dx1同理可求得BC段索長s2為s2≈∫l0-x0[1+12(w2x2Η0+ρ23Η0x32+tanγ2-w2(l0-x)2Η0-ρ2(l0-x)312Η0)2]dx2自重下主索AB的索長s0為s0=s1+s2(5)自重下AB和BC兩段索中的張力分別為FAB=Η0q(w1+ρ1x21)(6a)FBC=Η0q(w2+ρ2x22)(6b)主索在吊重下的索長及張力計(jì)算坐標(biāo)系如圖4所示。設(shè)zx1=z1+t1x21zx2=z2+t2x22式中,zx1、zx2分別為主索AC、BC兩段單位長度自重折合在ox軸上的單位長度重量。z1、z2分別為A、C兩處單位長度重量折合在ox軸上的單位長度重量,t1、t2為主索AC、CB兩段自重沿ox方向的遞增系數(shù)。主索在吊重下AC和BC兩段曲線的方程分別為y1′=z12Ηx1′2+t112Ηx1′4+(tanθ1-z12Ηx-z112Ηx3)x1′y2′=z22Ηx2′2+t212Ηx2′4+[tanθ2-z22Η(l0-x)-t212Η(l0-x)3]x2′式中,t1=q2h1′x2Η;t2=q2h2′(l0-x)2Η;z1=G1x-t13x2;z2=G2l0-x-t23(l0-x)2;H為吊重下主索中的水平張力。由Η(dy1′dx1′)x1′=x+Ρ=Η(dy2′dx2′)x2=0得在吊重下主索中C點(diǎn)的垂度為fx′=[12ΗΡ+6GΗ-q2h(l0-2x)](l0-x)x12Η2l0+q2l0(l0-x)x(7)吊重下AC段的索長s′1為s1′≈∫0x[1+12(z1x1′Η+t1x1′33Η+tanθ1-z1x2Η-t1x312Η)2]dx1′吊重下BC段的索長s2′為s2′≈∫0l0-x[1+12(z2x2′Η+t2x2′33Η+tanθ2-z2(l0-x)2Η-t2(l0-x)312Η)2]dx2′吊重下主索索長s為s=s1′+x2′(8)吊重下AB和BC兩段索中的張力分別為FAB′=Ηq(z1+t1x12)(9a)FBC′=Ηq(z2+t2x22)(9b)變形協(xié)調(diào)方程的推導(dǎo)取主索在自重和吊重下兩種狀態(tài)分析。設(shè)主索的彈性模量為E;截面面積為A;高差為h;主索水平投影長度為l0;支點(diǎn)連線與水平軸夾角為γ;線密度為q。在自重狀態(tài)下,設(shè)主索張力水平分力為H0;主索各點(diǎn)張力為F0(x);索長為s0;在吊重狀態(tài)下,設(shè)主索張力水平分力為H;集中荷載為P;主索各點(diǎn)張力為F(x);索長為s。主索在自重和吊重兩種狀態(tài)下,索長之差為s-s0≈1EA∫0x{[Ηq(z1+t1x12)-Η0q(w1+ρ1x12)]×[1+12(w1x1Η0+ρ13Η0x13+tanγ1-w1x2Η0-ρ1x312Η0)2]}dx1+1EA∫0l0-x{[Ηq(z2+t2x22)-Η0q(w2+ρ2x22)]×[1+12(w2x2Η0+ρ23Η0x23+tanγ2-ρ2(l0-x)2Η0-ρ2(l0-x)312Η0)2]}dx2(10)2.2引入請求的計(jì)算在圖4中,C點(diǎn)的受力如圖5所示,由2.1節(jié)可知3.1牽引索吊索121.5主索(2Φ21.5)重q=2×1.638=3.276kg/m;行車及附件100kg;牽引索(1Φ21.5)重1.638×223.5/2=183kg;吊重3500kg。作用在索上的總集中荷載為P=3783kg。3.2吊重下曲線方程主索截面面積A=2×174.27=348.54mm2;彈性模量E=0.36×2100=7560kg/mm2;h=150.54m,l0=165m,γ=42.38°,根據(jù)實(shí)際需要允許D點(diǎn)在自重下下垂5.32m。由式(3)和式(4)求得主索自重G=759.7kg,水平力H0=982.6kg。由式(5)可求得自重下索長為237.7m由式(8)和式(10)可求得吊重下主索中的水平張力H=3858kg當(dāng)?shù)踔乜拷睍r,即大臂剛掛上索道往下滑時,主索張力最大。由吊重下曲線的方程得B點(diǎn)的曲率為tanγB=1.9381主索中最大張力為Τmax=Η1+(tanγB)2=8413.8kg由吊重下曲線方程可得吊重下C點(diǎn)的垂度為f(C)=9.58m,中點(diǎn)的垂度為f(l2)=15.8m。主索安全系數(shù)k=ΤnΤmax=2×278.4138=6.42＞4(安全)3.3接觸應(yīng)力時配合比為2.2%a/mm2系數(shù)k行車輪數(shù)n=4;滾輪直徑Dmin=210mm;主索鋼絲直徑d=1mm?？紤]彎曲應(yīng)力時σmax=ΤAn+pnEΤA=72.2kg/mm2安全系數(shù)k=[σ]σmax=15572.2=2.15＞2(安全)考慮接觸應(yīng)力時σmax=ΤA+EdDmax=60.1kg/mm2安全系數(shù)k=[σ]σmax=15560.1=2.58＞2(安全)3.4牽引索穩(wěn)定性分析由2.2節(jié)可得α1=48.16°;α2=69.49°;β=80.97°;α=57.19°行車運(yùn)行阻力系數(shù)取fm=0.01,則行車運(yùn)動阻力為N=Psinα+fmPcosα=3200kg牽引索經(jīng)過三個定滑輪,則由N=0.983F得F=3399.9kg,選用