引调水工程调压塔滑模设计计算及其安全性研究.pdf
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1、第 卷 增 人民珠江 年 月 :/.:/收稿日期:作者简介:李伟()男本科工程师主要从事水利工程设计、质量检测、相关材料研究工作 :.引调水工程调压塔滑模设计计算及其安全性研究李 伟任蒙蒙李海峰(.珠江水利委员会珠江水利科学研究院广东 广州.水利部粤港澳大湾区水安全保障重点实验室广东 广州)摘要:随着水利工程高质量发展对水利工程的质量和技术提出了更高要求 滑模施工技术因效率高、成本低、稳定性高等优点而广泛应用于水利工程 以引调水工程调压塔滑模为研究对象采用静力平衡法分析了调压塔滑模主结构和支撑结构的受力情况并对结构中应力集中和薄弱部位进行安全性计算 结果表明:滑模设计材料满足要求在设计层面保证
2、了调压塔滑模质量为类似工程的滑模设计及应用提供参考关键词:调压塔滑模设计安全性计算中图分类号:文献标志码:文章编号:()水是生命之源是人类经济社会发展的重要资源 近年来随着中国工业、农业的快速发展生产生活用水量剧增 由于中国水资源在时空上分布的差异部分区域无法满足用水需求易造成区域性缺水和旱灾 因此修建跨区域的引调水工程是改善水资源分布不均的有效手段 目前中国已建和在建的跨区域引调水工程多达百余项例如南水北调工程、珠江三角洲水资源配置工程、环北部湾水资源配置工程、湛江引调水工程等长距离引调水工程在运行过程中普遍存在一定的内水压力主要以中低压为主 为了控制输水过程中管道的压强差保障整个工程供水安
3、全专家学者提出了许多水锤防护措施如优化阀门动作规律、设置超压泄压阀、调压塔等 工程实践证明在引调水工程中设置调压塔的方法既经济又安全 调压塔的质量与其施工工艺密切相关其中混凝土的浇筑质量影响到调压塔的结构强度特性滑模施工技术具有施工质量高、施工工期短、一次性浇筑成型等优点已广泛应用于大型水利工程因此在调压塔的建设过程采用滑模施工技术时滑模的设计计算及安全性对调压塔工程建设至关重要 结合长距离引调水工程实际情况采用静力平衡法计算分析调压塔滑模设计过程及安全控制措施 通过对调压塔主结构和支撑结构进行受力分析和安全性计算在设计层面确保了调压塔滑模工艺的质量为类似工程的滑模设计及应用提供参考 工程概况
4、某引调水工程调压塔为圆形结构外墙直径为.在.高程以下内墙直径为.混凝土衬砌厚度为 在高程.以上内墙直径为 混凝土衬砌厚度为 模板设计高度为.模板覆盖 层(每层.)新老混凝土混凝土浇筑对模板的侧压力通过 根辐射梁桁架传到中心鼓圈上相互抵消平衡模板自重、施工荷载和提升时的摩阻力通过内、外模提升架和千斤顶及支撑杆(共 根)传到周边混凝土进行平衡 本工程调压塔拟采用滑模施工技术调压塔滑模装置主要由模板系统、内模提升架、外模提升架、横桁架梁、辐射梁桁架、中心鼓圈、下拉人民珠江 年增刊 紧弦杆、对心调平装置、操作平台系统、液压提升及控制系统、施工精度控制系统、水电配套系统和辅助系统等组成 调压塔滑模结构截
5、面见图 图 调压塔滑模结构截面 调压塔滑模设计过程通过对调压塔滑模装置的结构进行分析其内模总体受力分析见图 图中杆 表示内模提升架、表示模板、表示辐射梁桁架、表示下拉紧弦杆、表示中心鼓圈图 调压塔滑模内模总体受力分析由图 所知调压塔滑模施工和提升时滑模所受荷载包含竖向和水平荷载 竖向荷载主要包括滑模模板及其支撑体系的自重(模)、施工人员及设备荷载(施)、钢模板与混凝土的摩阻力(摩)水平荷载主要包括倾倒混凝土时模板承受的冲击力(倾)、新浇筑混凝土对模板的侧压力()竖向总荷载见式():总竖向荷载 模 内、外模板总面积 施滑模平台平面总面积 摩 内、外模板总面积()将竖向总荷载施加到调压塔横截面上的
6、均布荷载见式():竖向总竖向力内、外模板总面积()水平荷载见式():水平 倾()式中 竖向 调 压 塔 横 截 面 上 的 均 布 荷 载水平 调压塔横截面上的水平荷载倾计算时假定模板底部浇筑一定高度的混凝土已达到 强度对模板的侧压力忽略不计同时将上部侧压力变化曲线简化为直线变化的等效分布(图)见式()():.()/().()式中 新浇混凝土侧压力的作用高度(一般取.低温时取.)模板高度 混凝土侧压力计算最大值 新浇混凝土容重取 /等效梯形上底的高度图 滑模模板侧压力分布滑模设计计算的主要内容包含模板和支撑构件的强度和刚度计算 支撑构件的强度和刚度计算包括内模提升架的强度和刚度计算、辐射梁桁架
7、的强度计算、中心鼓圈的强度计算、下拉紧弦杆的强度计算、横桁架梁的强度和刚度计算、千斤顶的顶升力验算、支撑杆的稳定性验算 设计计算的主要内容和步骤见图 图 设计计算内容及计算流程 滑模主结构安全性计算滑模模板结构由面板、横向主肋和边框、竖向次肋和边框组成所有材料均使用钢材在使用前需要对模板面板、主次肋进行安全性计算人民珠江 年增刊.面板安全性计算钢面板与主次肋采用断续焊焊接成整体钢面板被分成若干矩形方格根据矩形方格长宽尺寸的比例钢面板等效为单向板或双向板计算 当长宽比大于 时单向板可按三跨或四跨连续梁计算当长宽比小于 时按四边支承在纵横肋上的双向板计算 本滑模模板按双向板设计浇筑混凝土时模板面板
8、主要承受水平荷载 水平 不同类型双向钢面板结构示意见图)两边嵌固、两边简支)三边嵌固、一边简支图 不同类型双向钢面板结构示意.受力分析)强度计算 种类型钢面板中选择不同结构钢面板最不利的情况进行分析见图 安全状态下面板所受的最大正应力与其材料抗拉强度的关系见式():()式中 板面最大计算弯矩设计值 截面塑性发展系数 弯矩平面内净截面抵抗矩 板面最大正应力 面板抗拉强度设计值(/)挠度计算 安全状态下面板所受的最大挠度与其材料挠度的关系见式():/()式中 滑模模板所承受的水平荷载 计算面板的短边长度 构件的刚度 挠度计算系数 面板材料的计算最大挠度其中构件刚度 的计算公式见式():()()式中
9、 钢材的弹性模量取./钢板厚度 钢板的泊松系数取.材料选择滑模模板结构材料采用面板厚度为 的 钢板竖向次肋采用 的钢带(间距 为 )横向主肋和横边框均采用宽为 、厚度为 的 钢板带(间距 为 )竖边框采用 的钢带针对模板面板、主次肋分别进行强度和刚度验算根据/的值结合静力计算手册得到弯矩系数为 .、.、.和 .最大扰度系数 为.强度计算取 宽的板条为计算单元其所受荷载见式():总./()支座(肋)处应力验算支座(肋)处弯矩见式()():.().().()面板截面系数见式():.()支座所受应力见式():./()因此选择材料的支座(肋)处应力满足设计要求)跨中应力验算跨中弯矩见式()、():.(
10、).()钢材的泊松比 为.故需换算见式()人民珠江 年增刊():().()().()()().()跨中弯矩所受应力见式():./()因此选择材料的跨中应力和挠度满足设计要求.模板主次肋安全性计算.横向主肋滑模模板的横向主肋是以竖背楞为支点的连续梁承受水平均布荷载每根横向主肋所承受的线荷载见式():横肋()横向主肋采用宽为 、厚度为 的 钢板带间距为 为 从而计算得到抗弯截面模量 惯性矩 竖背楞间距为 承受水平均布荷载计算可得 横肋./横向主肋近似按照二等跨连续梁进行强度和挠度的验算 根据简明施工计算手册简支梁的弯矩、挠度表可知:弯矩系数 为.跨中最大挠度系数 为.)强度验算 最大弯矩见式():
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