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《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》的效益分析是:
1.以武汉市王家墩商务区19层框剪结构大楼爆破拆除为例,采用双向三次折叠爆破方案和原地坍塌爆破拆除方案相比,减少钻孔约1.2万个,减少炸药约600千克,减少人工约460个,减少空压机及钻机台班约36个,减少了防护器材用量,缩短工期约8天,节约直接成本约26.8万元。
2.采用折叠爆破方案减少了火工品使用量,降低了爆破振动、塌落振动、飞石、冲击波、粉尘、有毒气体、噪声等爆破危害效应,减少了对附近居民区的影响,降低了减振措施费及不可预估费用支岀。
注:施工费用以2009-2010年施工材料价格计算
《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》的环保措施如下:
1.成立对应的施工环保管理机构。在施工过程中严格遵循国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度,加强对施工粉尘、设备噪声、废水及生产生活垃圾的控制和治理,遵守文明施工、防火及交通管理的规章制度,充分满足便民要求,随时接受相关单位的监督检查。
2.合理的现场平面布置,科学的施工计划。严格完善的材料计划供应制度。实行材料定额管理,减少现场清理工作。保持整齐、清洁的工作环境。
3.保证施工现场道路平整、交通畅通并适量湿润使其无大量扬尘。
4.警示及提示标识完备、醒目,重点地段及恶劣天气,设置专项的安全防护设施。
5.施工设备的使用、停放整齐有序;设备性能安全、可靠;操作人员证照齐全,规范操作。配备完善的设备检修、保养、清洁设施及制定严格的检修、保养、清洁责任制。
采用《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》施工时,除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外,尚应遵守注意下列事项:
1.认真贯彻“安全第一,预防为主”的方针,根据《爆破安全规程》GB 6722-2003、《中华人民共和国民用爆炸物品安全管理条例》、《建筑拆除工程安全技术规范》JGJ 147-2004等国家有关规定,结合施工单位实际情况和工程的具体特点,组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络,执行安全生产责任制,明确各级人员的职责,抓好工程的安全生产。
2.施工人员应持证上岗,并进行安全施工岗前培训。
3.施工人员进入施工现场严格按劳保着装,班前进行安全施工技术交底,每日进行安全巡检,每月进行安全考核,奖惩兑现。对不服从安全人员检査,拒不执行安全管理制度的施工作业人员进行严肃处理,对存在安全隐患的施工部位、工序等应责令整改后施工。
4.严格爆炸物品管理,专人看管,随用随领,用存记账,用完归库。
5.按公安部门指定的路线运输爆破器材,在公安部门认可的地方存放,使用爆破器材要登记上账,剩余爆破器材要归库。
6.随时监测杂散电流、感应电流情况,若有异常,及时上报;爆破器材经严格检验,确保100%合格。
7.氧气瓶与乙妹瓶隔离存放,严格保证氧气瓶不沾染油脂、乙,快发生器有防止回火的安全装置。
8.施工现场临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规范规定执行。电缆线路应采用“三相五线”连接方式,电气设备和电气线路必须绝缘良好,场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除安全规定要求外,将其布置在专用电杆上。室内配电柜、配电箱前要有绝缘垫,并安装漏电保护装置。
9.高空作业严格按照《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ 80-91的有关规范规定执行。
10.建立完善的施工安全保证体系,加强施工作业中的安全检査,确定作业标准化、规范化。
高层建筑的楼层多,高度大,要求施工具有高度的连续性,施工技术和组织管理复杂,除具有一般多层建筑施工的一些特点外,还具有以下施工工法: 1工程量大、工序多、配合复杂: 高层建筑的施工,土方、钢筋...
首先,迪拜以全面开放之精神,成为全球著名的离岸金融中心,并一举成为整个阿拉伯世界与全球其他地区沟通的金融枢纽,借此沉淀了大量的石油美元。众所周知,阿拉伯世界在宗教文化方面有独特信仰,社会结构相对保守。...
有三种比较好的方法。QB切割施工法:这种方法是首先利用切割机挖下房顶以及地板等,再依次切割承重梁和立柱,把拆除下来的废料运送至地面。在拆除60m以下的建筑时,可以采用移动式起重机,但更高的建筑则要使用...
《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》的质量控制要求如下:
质量控制标准
该工法执行《爆破安全规程》GB 6722-2003中相关的质量控制标准。
质量控制措施
1.建立健全质量管理机制,制定完善的质量管理规章及奖惩制度,严格按照ISO9002质量体系文件要求,对施工进行全过程及全员的质量控制管理。
2.所有人员均须持证上岗。在施工前按施工组织设计、质量计划、作业指导书对施工人员进行层层交底;施工中严格施工程序及工艺要求。
3.实行三级质检制度,对布孔、钻孔、孔内情况、药包制作等进行跟踪检查,及时清理、整改质量隐患。
4.施工中须认真填写详细的施工记录和验收签证记录单,对施工中发生的任何质量异常情况都要快速及时的向有关部门通报。
5.各种施工用材均须三证齐全,未经检验的“三无”材料或产品严禁进入施工流程。
《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》所用的材料及设备明细如下:
主要材料
1.乳化炸药:其质量应符合国家《乳化炸药》GB 18095-2000的规定。
2.导爆管雷管:其质量应符合国家《导爆管雷管》GB 19417-2003的规定。
3.电雷管:其质量应符合国家《工业电雷管》GB 8031-2005的规定。
4.胶布、导线等。
5.草帘、竹笆、安全网、钢板、沙袋等防护材料。
主要机具、设备
1.空气压缩机:排气量大于3立方米/分钟,台数视工程量及工程进度而定。
2.风动凿岩机:YT18、YT25或7655型凿岩机,台数视工程量及工程进度而定。
3.风镐、风管、大锤、刻度炮棍等。
4.液压破碎器,台数视需要而定。
《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》适用于临近重要设施、倒塌场地有限、爆破有害效应需严格控制的复杂环境下多高层建筑物的爆破拆除。
《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》的工艺原理叙述如下:
通过设置2个或2个以上的爆破切口,将楼房分成若干个楼体单元;采用室内模型试验、数值模拟或工程类比等方法,确定爆破切口的位置、大小、数量及切口间起爆时差。利用延时起爆技术,使各楼体单元形成同向或多向复合定向倾倒运动,楼房折叠坍塌,达到缩短倒塌距离、改善破碎效果、降低塌落振动等有害效应的目的,实现多高层楼房的安全快速拆除。
多高层楼房的折叠爆破可分为单向折叠、双向折叠、内向折叠等不同类型。
单向折叠,即各楼体单元的倒塌方向指向同一方向,见图1;双向折叠,即各楼体单元顺序起爆,向不同方向交替连续折叠倒塌,见图2;内向折叠,即自上而下对爆破切口内的承重构件如墙、柱和梁等予以充分破坏,从而在重力作用下形成内向重力矩,在外侧上部结构的重力矩作用下,上部构件和外承重墙、柱向内折叠坍塌,见图3。
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《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》的施工工艺流程及操作要点叙述如下:
工艺流程
施工准备→切口布置→预拆除→布孔→钻孔→验孔→安全防护→试爆→装药→网路连接→警戒→起爆→爆后检査。
操作要点
一、切口布置
根据楼房结构、环境条件等因素选择折叠倒塌的类型;在选定的折叠倒塌类型基础之上,确定切口位置和数量。
1.当一侧有倒塌场地但距离小于楼房高度,采用单向折叠,切口的数量由下式1确定:
n=(H-L)/h
式中n——切口数量;
H——楼房高度,米;
L——侧最大允许倒塌距离,米;
h——切口的平均高度,米。根据结构类型及高宽比选取,通常底部切口选1~4层,上部切口2~3层。
2.当选用单向折叠方案切口数量过多,若另一侧可提供部分倒塌场地时,选用双向折叠,切口数量参照式1确定。
3.当楼房较高,体量、跨度都较大,四周既无定向倾倒条件,也无单向、双向折叠坍塌条件的情况下,采用内向折叠。一般情况下,采用隔1~2层布置1~2层爆破切口,特殊情况下逐层布设。
二、预拆除
根据拟定的爆破方案,按爆高设计要求将部分构件预拆除,其原则是不影响建筑物的稳定性。
1.对于承重墙体,采用“化墙为柱”,预拆除的面积不超过40%。
2.对于非承重墙体,原则上全部拆除。
3.对于剪力墙,可采用爆破法、机械切割法或人工风镐凿除法,“化墙为柱”,预拆除的面积不超过50%。
4.对于楼梯,处理成上下“两段饺”。见图4。
三、布孔
按爆高设计要求在承重墙、立柱或剪力墙上布孔。对于砖混结构,24砖墙按25厘米x25厘米布孔,37砖墙按40厘米x40厘米布孔,爆高较大的墙体可各在上部和下部布2~3排孔,中间部分可不布孔’孔深为砖墙厚度的2/3,拐角处适当加深;钢筋混凝土立柱可沿中心线或沿中心线左右相切布孔,短边大于60厘米以上的立柱可布2排以上炮孔,炮孔间距35厘米左右,排距20-30厘米左右,炮孔深度视立柱断面尺寸及配筋状况,可按厚度的2/3~3/4控制。
四、钻孔
钻孔质量直接关系到爆破作业的成败安危,必须严格按设计要求施工。由主管工程师按设计图用红漆标孔,布孔应注意药量在空间的均匀分布,以加强破碎效果;布孔需标明孔深、药量及段别,并校核最小抵抗线及结构尺寸。立柱孔一般较高,须搭架施工,打孔顺序由上而下,上下孔均要到位,保证孔深和方向;吹净余灰,及时验收,注意保护,并注明废孔。
为缩短工期开展多作业面施工,每天按进度由工程师和施工队长下达施工任务并调度人员和机具。
五、验孔
用带有刻度的木棍检查炮孔,孔内无堵塞物,其深度、方向符合设计要求,否则应标明并进行修正;若深度超出或穿透炮孔要回填至设计标准。验孔完毕后填写炮孔验收单。
六、安全防护
采用“覆盖防护、近体防护和保护性防护相结合”的综合防护方案。
1.立柱爆破部位用浸水草帘捆绑,有效厚度不小于15厘米,草帘外侧捆绑麻袋2层,钢丝网1层。
2.楼房四周3层以下可用双层竹笆墙加内侧挂草帘封闭,三楼以上也可在室内搭设竹笆墙防护。
3.爆破楼层外围用帆布或安全网围裹。
4.需保护的地面以上设施,采用搭设钢管架或竹排架,挂竹笆和安全网。
5.地下管线等设施可用钢板加沙袋覆盖防护。
七、试爆
在具有代表性的部位进行试爆,根据爆破效果,确定合理炸药单耗和单孔装药量。试爆部位的选取以不影响结构的稳定为前提。
八、起爆时差选取
1.切口间时差:单向折叠0.5~1.5秒,双向折叠0.5~2.0秒,内向折叠0.5~2.5秒;切口起爆顺序自上至下,可通过孔内或孔外延时方案实现。
2.切口内时差:排间0.3~0.5秒,层间0~0.5秒;可通过孔内或孔外延时方案实现,须确保先爆炮孔不得破坏后续起爆网路,否则需对网路采取保护措施。
九、装药、堵塞
装药前按设计要求加工药卷,注明重量及段别并分类保管。装药工作要明确分工,分片包干,责任到人,由主管工程师监督。装入炮孔之前要检查炮孔与药卷是否相符,所用雷管段别是否正确,然后用炮棍将插入雷管药卷轻轻推至孔底。用湿度适宜的砂质黏土做成炮泥进行堵塞,注意导爆管和雷管脚线的保护,先轻后重,接近孔口再用力捣实。装药完成后填写验收单。
十、网路连接与施工
折叠爆破一般雷管段数多,网路结点多,为了保证连接质量,宜采用分片分区连接法;各片区由专人负责,每3人一组,各小组需严格按印发的网路连接图进行作业。
导爆管起爆网路的连接形式主要有:
1.导爆管“互动有序”接力起爆网路,见图5。
2.导爆管闭合复式起爆网路,见图6。
起爆网路接好后,立即封闭爆破区,任何人不得再进入。
十一、警戒、爆破与爆后检查
由现场执行指挥作总体检查,并向现场领导汇报。
爆破前设置安全警戒,清理警戒区人员,按总指挥指令进入起爆准备阶段。检查线路电阻,连接起爆器,在总指挥命令下充电、起爆。
起爆5分钟后先由有关人员进入现场检查爆破是否完全、有无拒爆现象,待确信现场完全爆破后再解除警戒。随后,总指挥和总工程师进行效果分析,指导排除一切可能的隐患,解除警戒。
《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》的工法特点是:
1.利用在建筑物的适当楼层设置相同或不同方向的多个爆破切口,将建筑物划分成多个楼体单元,运用微差起爆技术,实现楼体单元的复合倾倒运动,达到缩短建筑物倒塌距离,保护周边设施的目的。
2.减少了钻孔、预拆除与防护工作量,提高了施工可靠性,缩短了施工工期,降低了施工成本。
3.有效降低爆破和塌落振动、个别飞散物、噪声和冲击波等有害效应对周边环境的影响,能满足复杂环境下拆除爆破施工的安全和环保要求。
随着中国城市化进程的加快和基础设施建设的大力推进,大量的多高层建筑物需要采用爆破拆除。因受环境条件、工期、投资等方面的制约,传统的底部单切口定向爆破和原地坍塌爆破已不能满足安全、高效、环保的要求,需要研发新的爆破拆除方式。
武汉市市政建设集团有限公司在多年从事复杂环境下多高层楼房拆除爆破工程的基础上,与武汉大学开展科技创新,取得了“双向三次折叠爆破框剪结构大楼”的成果,同时,形成了《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》。
《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》的应用实例如下:
实例1:武汉市吴家山违建楼拆除工程
2003年9月,吴家山7层违法建筑楼需爆破拆除,该楼为砖混结构,地处吴家山中学附近,东侧紧邻吴家山中学围墙,最近处仅0.5米,西侧4米是ф1000毫米供水管,5米处是10千伏架空电线,7米是交通主干道,南北两侧3米外是需保护的居民楼。采取向西单向折叠倒塌方案。该方案布置两个爆破切口:其中底部爆破切口位于1~3层,上部爆破切口位于第5层;采用自上而下的起爆顺序,切口间时差1.2秒。起爆后,楼房实现明显的折叠倒塌过程,爆堆集中、破碎充分,电线、水管、围墙和居民楼安然无恙,爆破取得圆满成功。如图7。
实例2:武汉商场爆破拆除工程图11.1吴家山违建楼爆破过程
1.工程概况
原武汉商场地处武汉市商业中心,北面距解放大道45米,距解放大道立交桥65米;东面6.9米为2层商业网点,紧靠商业网点之外是停车场和协和广场,2层商业网点和武汉商场之间的人行道下布有自来水管;东南角7.8米处为4层楼的配电房和一个公共厕所。南面10.3米为二栋6层居民楼;西面隔一条10米宽的人行道就是武广大楼和电信大楼,人行道下布设有电信电缆、自来水管和排水管,旁边有电缆、电线杆等,爆区环境极复杂。
该楼房为11层高空间框架结构,长66米,宽29米,最高标高47.55米,建筑面积17000平方米。立柱和主梁截面尺寸大,配筋率高达3%。楼板为现浇板,厚12厘米。有楼梯和电梯井各2个。
2.施工情况
根据周围环境和楼房结构,原武汉商场11层框架结构楼房采用向北单向折叠倒塌的爆破方案,采用2个爆破切口,1~4层为第1个切口,切口角度28°;6~7层为第2个爆破切口,切口角度14°。2个切口自下而上,间隔1.02秒延期起爆。
工程于2006年3月9日正式开工,2005年4月12日成功实施爆破。见图8。
实例3:武汉市王家墩商务区2栋19层框剪大楼爆破拆除工程
1.工程概况
待拆的2栋大楼东、西向并列排列,东边一座简称A栋,西边一座简称B栋,A、B两栋之间距离为12米,A栋楼房距北侧围墙最近处是11.4米;B栋西侧距围墙7.2米,西南侧距配电房12.8米;南侧距待拆7层楼房10.1米,东侧为道路及绿化场,距6层居民楼房16.2米。
2栋大楼同为19层,均为框-剪结构,单栋平面呈"工"字形,两边对称。单栋长36.3米,宽30.05米,高63米。横向有15排立柱,纵向有8排立柱。立柱尺寸为550毫米×550毫米、500毫米×700毫米、700毫米×700毫米,剪力墙大多分布在B~D轴之间和F~I轴之间,剪力墙厚250毫米。剪力墙、梁、柱截面尺寸自底部至顶部无变化,楼板为现浇楼板,板厚12厘米,有电梯井和楼梯各1个,总建筑面积约23000平方米。
2.施工情况
采用"切割分离、定向倒塌和双向折叠相结合"的总体爆破方案。双向折叠的楼体高63米,长22米,宽11.7米。采用三个爆破切口,分别位于1~4层、8~9层和14~15层。采用"双向交替、自上而下"的起爆方式,切口间时差为1.02秒。
起爆后,框-剪结构大楼按设计在空中实现双向折叠,上部楼体把下部楼体折叠式压向地面,楼体折叠倒塌并堆积在原地6米范围内,且解体破碎充分,爆破效果很好。工程于2007年12月3日正式开工,2007年12月28日成功实施爆破。见图9。
2011年9月,中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号,《多高层建筑折叠爆破拆除施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B
众值烈度地震作用下多高层建筑的分析方法
众值烈度地震作用下多高层建筑的分析方法
《网壳结构折叠展开式整体提升施工工法》适用于单层柱面网壳、多层柱面网壳、单层折板网壳、多层折板网壳、球面网壳等易于形成直线形铰线的空间网格结构。
《网壳结构折叠展开式整体提升施工工法》的工艺原理叙述如下:
先将网壳去掉部分杆件,使一个静定结构变成一个可以运动的机构,这样就可以将网壳结构在地面折叠起来,最大限度地降低安装高度;然后将折叠的网壳提升到设计高度;最后补装抽掉的杆件,机构又变成静定的结构。因此,整个施工过程是一个由结构→机构→结构的变化过程。见图1所示。
工艺流程
《网壳结构折叠展开式整体提升施工工法》的工艺流程见图2所示。
操作要点
使用《网壳结构折叠展开式整体提升施工工法》需要注意的施工要点有:
一、在结构适当位置设置多道铰线,将结构分成多个区域,各个区域之间的部分构件暂时不安装,区域之间用单向活动铰相连,支座也使用单向活动铰支座。铰线方向为沿柱面的母线方向,铰线将柱面网壳跨度方向分成若干块,铰线上布置若干可转动铰接点,可转动节点将相邻网壳联系在一起,每块网壳在提升过程中作刚体运动。铰线的数量通常可以选择6条,这样网壳分成了5块,铰线的位置确定宜以分解后每块网壳尽可能贴近地面为原则。铰线上铰接点数可以根据网壳结构纵向长度确定,长度长则需要多设置铰接点,在保证铰接处构件强度的基础上,尽量减少铰接点的数目,因为铰节点数量少易于结构整体活动。通常一条铰线上的铰节点可以设置3~5个。见图3所示。
二、铰线位置确定后,应对机构进行施工阶段验算,验算内容包括:
1.匀速提升状态机构受力分析;
2.冲击荷载作用下机构动力响应分析;
3.提升过程中瞬变结构的受力分析及其预防措施;
4.机构运动一维自由度控制的构造措施;
5.活动铰节点设计。
通过验算,确保机构在施工过程中处于安全状态。验算时,计算模型按图4所示图形采用,即将整个连续的提升过程划分为有限的几个阶段,分别计算各个阶段结构的内力、变形及支座反力,从结构在有限的几个阶段中作用效应变化情况归纳出结构在整个提升过程中的作用效应变化,然后进行设计。
三、单曲率网壳结构变成一个机构时,具有竖向和跨度水平向两个方向的自由度。但是在施工过程中要采取措施使机构只在竖直方向做一维运动,不可以前后左右移动。
四、网壳结构由多条铰线分成多个区域,而每条铰线又包含多个活动铰。在单曲率网壳的安装过程中应保证各条饺线互相平行,一条铰线上的各个铰节点在一条直线上,否则将阻碍机构的运动并产生较大的附加力。所以该施工方法对于安装精度要求较高。
五、对于某些网壳结构,在提升过程中可能会出现瞬变现象。此时应添加临时支撑或临时拉索,保证结构不发生瞬变。
六、将网壳结构分成几段后,每—部分都是一个拱形结构。若拱的跨度比较大,在拱的端部会产生较大的水平推力和水平位移。此时应在拱的两端之间设置拉索或采取其他措施来保证不会产生较大的水平推力和位移。
七、由于提升结构具有大吨位、高空施工的特点,就使得承重系统不但要有足够大的承载能力,而且要有足够长的承重索具,一般采用抗拉强度大、单根制作长度长的柔性钢绞线作为承重索具。而采用承载能力大、自重轻、结构紧凑的液压提升器作为提升机具。承重系统可按一定的方式组合使用钢绞线和提升器集群,使得承重系统的提升重量及高度不受限制。
八、在整体提升的过程中应使用计算机对所有液压千斤顶进行控制,确保所有液压千斤顶能够同步动作,使网壳始终保持合适的姿态。同步提升控制采用液压同步提升技术设备系统,它主要由柔性钢铰线承重系统、电液比例液压控制系统、计算机控制系统及传感器检测系统组成,如图5所示。同步提升主要控制要素是吊点的提升力和测控点高度偏差。这种系统能够实现液压提升器集群的同步协调动作,包括集群联动、局部联动、单点单动等。按施工工艺规定的作业流程进行连续提升施工,并能自动改半自动地根据不同工况修正作业流程,将提升过程中测控点高度偏差限制在设计允许的范围内。在吊点分布不均匀、吊点负载差异很大、液压系统采用多规格不同组合配置时,进行吊点负载的均衡控制。
九、提升前,应先将网壳试提升100毫米,检查吊点标高是否相同,铰点是否转动自如,网壳有否水平移动,当有异常现象时应查明原因并整改。在整个提升过程中应严格监控机构变化,及时调整不同千斤顶的进度,确保整个机构按设计要求运动,确保提升过程的安全性。
十、该方法的核心思想是机构运动,而机构运动的关键就是可动铰的构造。可动铰由一个销轴连接两块钢板而成。两边的弦杆和腹杆焊接在一块钢板上,这块钢板再与节点板交叉焊接连接。应保证可动铰节点可以在竖向方向自由转动。制作时应考虑安装误差等不利因素,插板连接以及销轴与节点板之间应留有一定的间隙,在间隙处加涂润滑油,要确保节点的自由转动。同时,为了防止在不利情况下的突然大幅度翻转转动,应在节点板的适当位置加设限位装置,以便限制节点的转动范围。见图6、图7所示。
十一、还应对提升塔进行设计,确保提升塔具有足够的强度、刚度及稳定性。同时液压提升系统的塔柱位置,也应严格模拟计算确定,确保在整个吊装过程中机构不与塔柱发生碰撞。
十二、使用液压提升设备将网壳提升到设计高度,然后进行少量构件的补缺工作。应确定合理的杆件补缺方案,尽量使需补缺的杆件数量最少。补缺时应先补缺各区域之间的杆件,然后使液压装置卸载并拆除塔柱,最后安装塔柱位置的补缺杆件。
整体提升过程中机构运动分析
《网壳结构折叠展开式整体提升施工工法》在整体提升过程中机构运动分析有:
一、机构运动简化模型的建立
六道铰线将网壳分割成五个部分,每个部分相对于相邻的两道铰线可认为是固定不动的,即将网壳机构五个部分的运动视为刚体运动,因此,浙江大学空间结构研究中心、浙江东南网架股份有限公司将网壳的运动模型简化成五连杆的运动模型,见图8所示。只要掌握了五连杆机构的运动规律,也就了解整个网壳提升过程中的运动特性。
二、五连杆机构运动分析
五连杆机构由五根杆和六个平面活动铰组成,其中两个铰点固定,在提升运动过程中,C、D两点沿Y方向作直线运动,A、F两点固定不动,B、E两点分别以A、F两点做圆周运动。考虑五连杆机构的对称性,将其简化为图9所示。所要求的就是当C点上升D点时B点的坐标。
根据AB段和BC段长度不变条件建立二元二次方程组有:
求解方程组,舍去不合理的根,得:
其中:
以河南鸭河口电厂干煤棚柱面网壳为例,计算不同提升高度时的铰点坐标。将该柱面网壳简化为五连杆模型时,L1=20.705米、L2=13.555米。铰点坐标如表1所示。
吊点标高(米) |
XB(米) |
YB(米) |
Xc(米) |
Yc(米) |
2.0767 |
0.9795 |
13.5198 |
18.2355 |
2.0767 |
5 |
-0.6264 |
13.5408 |
18.2355 |
5 |
10 |
-2.1927 |
13.3767 |
18.2355 |
10 |
15 |
-2.4033 |
13.3405 |
18.2355 |
15 |
20 |
-1.4169 |
13.4810 |
18.2355 |
20 |
25 |
1.0054 |
13.5179 |
18.2355 |
25 |
28 |
4.0203 |
12.9453 |
18.2355 |
28 |
28.9899 |
6.8330 |
11.7071 |
18.2355 |
28.9899 |
三、确定网壳上任意一点在运动中的坐标
设网壳中任意一点的起始坐标是(x0,y0,z0),z轴是母线方向。在单曲率网壳中,当机动运动时,网壳内沿母线方向没有运动,只是在与母线垂直的平面内运动。下面分别分析网壳中段和边上四段的运动。
由于网壳的中段只在竖直方向做平动,所以当提升距离为d时,中段任意一点的新坐标为(x0,y0 d,z0)。
对于边上四段上的任意点则根据坐标变换求得新坐标。以BC段上任意一点P为例。以BC为x轴建立局部坐标系(图10),则局部坐标系与整体坐标系的转换矩阵为:
式中l1,l2,m1,m2——局部坐标系与整体坐标系的方向余弦,设P点在起始时刻整体坐标系下的坐标为(x0,y0,z0),则P点在局部坐标系下的坐标为
在网壳运动了一段距离后,P点相对于B、C两点并没有相对位移,即P点的局部坐标值不变,而坐标转换矩阵T发生变化,设此时的坐标转换矩阵为T1,P点在整体坐标系下的新坐标为(x1,y1,z1),则
参考资料:
四、双曲率网壳的坐标转换
柱面网壳是单曲率网壳,研究其运动的五连杆模型是建立在垂直于母线的坐标平面内的,网壳上点的z方向坐标在运动中不变,而对于双曲面网壳如球面网壳,五连杆模型所在平面并不一定总与总体坐标系保持一致,所以需要进行坐标变换。
设整体坐标系为XYZ,局部坐标系为zyz,坐标变换矩阵为
式中l1,l2,l3,m1,m2,m3,n1,n2,n3为局部坐标系与整体坐标系的方向余弦,运动分析时先从整体坐标系变换到局部坐标系,即
在局部坐标系下进行运动分析得到新坐标,再转换回整体坐标系
除了坐标转化外,双曲率网壳与单曲率网壳的运动分析相同。
五、运动过程中的瞬变现象
研究五连杆机构发现,随着提升高度的变化,两杆夹角α随之改变。当达到一定提升高度时,α=180°,方程组式的解为重根,体现在几何上就是两个圆只有一个交点。此时会发生瞬变现象,见图11所示,整个机构的受力、变形将会发生很大的变化。事实上角接近180°时就会发生瞬变。因此,应该采取合理措施防止瞬变的发生。首先,在设计阶段就应综合考虑施工问题,合理调整网壳曲率,避免出现在整体提升时发生瞬变问题。对于已有的设计,在施工方案中应合理选择铰点位置,避免出现瞬变。如果由于结构体型先天不足无法避免瞬变的发生时,应该采取足够安全的措施保证结构安全。
《网壳结构折叠展开式整体提升施工工法》的应用实例如下:
河南南阳鸭河口电厂干煤棚网壳设计跨度108米,长度90米,矢高38.766米,采用正放四角锥三心圆柱面双层网壳形式,是2005年前亚洲跨度最大的三心圆柱面煤棚结构,结构跨度大,矢高高,施工难度较大。工程采用"折叠展开式"整体施工方法,产生了较好的社会及经济效益(图12~图18)。
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《网壳结构折叠展开式整体提升施工工法》安装速度快,不需要占用大量场地,施工时液压提升设备噪声很小,不会对周围环境造成不良影响。