悬索理论在塔吊塔臂施工中的应用

悬索理论在塔吊塔臂施工中的应用

钢结构电视发射塔是一种高度突出的结构。为了便于施工和安装，塔架通常安装在塔的中心，并用钢丝绳连接到塔，这大大增加了安装的高度。但是当塔吊使用完毕后,不能自身降落拆卸。如何将塔臂从高空卸落下来,就成为施工安装过程中的一大技术难题。我们在湖南电视塔施工中采用了缆索滑落拆除塔吊方案,这种方法技术先进合理,安全经济,兹简述如下。1塔吊的滑索及驳岸湖南电视发射塔总高度为210m,塔身为正六边形的无缝钢管空间桁架结构,采用法兰连接。安装时,在塔心井道内架设TQ80C塔吊,用钢丝绳柔性附着于电视塔立柱上,使塔吊超高使用到150m高度。塔吊拆除时利用发射塔的塔楼作为工作面,将起重臂、平衡臂及配重进行解体,然后用索道将其滑落。首先,在工作面上设一起伏式人字桅杆,桅杆长约5m,采用Ф108×4.5的钢管,立脚捆牢以保证工作时不发生滑移。缆风绳直接拖拉在平衡臂销接处,并用5t手拉葫芦控制桅杆起伏。设单滑子悬挂于人字桅杆,吊索采用Ф14.5钢丝绳。将平衡块逐块取出,然后用事先准备好的5t卷扬机从发射塔塔身内的空间逐块放到地面。用上述类似方法可将平衡臂及起重臂搁到塔楼上。但因平衡臂与起重臂几何尺寸较大,不能从发射塔塔身内的空间落下,我们采用了缆索滑落方案。根据现场已有的设备及器材,主索道采用2Ф21.56×37+1钢丝绳,一端与塔帽连接。为了防止滑落时平衡臂或起重臂与塔楼发生摩擦或碰撞,将主索道的地锚设在距发射塔塔心165m处,为了减少卷扬机数量和不截断钢丝绳,拆卸塔吊工程具体实施时,采用一根Ф21.5的钢丝绳,将一端锚固在地锚上,另一端通过塔帽顶端悬挂的20t定滑轮,再返回地锚处与5t卷扬机连接,卷扬机另一端与地锚锚固。卷扬机的作用在于控制索道的垂度和改变吊重轨迹,以便将塔臂卸落到指定地点。牵引索采用1Ф15的钢丝绳,一端悬挂在塔帽上,并通过10t走四滑车组,另一端与塔楼上的5t卷扬机连接,以便控制速度。塔帽处用钢丝绳附着于发射塔上,利用发射塔整体受力。为了保证发射塔的稳定性,使其受力减小,在发射塔的另一侧设置了一缆风绳,其直径为1Ф21.5,一端与塔帽连接,根据地形条件另一端锚固在距发射塔塔心约130m处。悬挂塔臂的行车采用4个3t的单滑轮。拆卸时,首先将主索道松弛,再将挂吊重的行车挂入主索道,起动索道卷扬机,调整索道承重后的垂度,使吊重位于塔楼上方一定距离,然后缓缓松动牵引绳,使吊重从塔楼上缓缓滑下而不与塔楼碰撞。塔吊塔身的拆卸:首先利用塔吊自卸装置,卸下四节标准节。然后在发射塔立柱上悬挂滑车组,按序将塔帽、司机室、爬升套架、上下支座和标准节拆除。2计算走廊的原理2.1ac、bc段采用如下基本假定:主索与塔顶索鞍接触点,主索与地锚接触点视为不动点,主索按两端铰支计算;主索具有较好的柔性,可以认为主索任一截面上只承受张力而不承受弯矩和压力;行车运行速度较慢,可忽略动力影响。悬索计算坐标系如图1所示,其坐标系的原点设在曲线的顶点。在图1上取一线元dt如图2所示,由力学平衡条件可得主索在自重下的微分方程为Η0d2ydx2=qdldx(1)式中,q为主索线密度,H0(常数)为水平张力。令wx=qdldx,wx为主索单位长度自重折合在ox轴上的单位长度重量。令wx=q+ρ0x2,ρ0为主索自重沿ox轴递增的递增系数。解微分方程(1)得y=q2Η0x2+ρ012Η0x4(2)主索自重为G=q3(secγ+2)2l30108Η20(secγ+1)+ql0[1+9(secγ+1)tan2γ4(secγ+2)2](3)式中,γ为AB弦与ox轴的夹角。主索在自重下的索长及张力计算坐标系如图3所示。设wx1=w1+ρ1x21wx2=w2+ρ2x22式中,wx1、wx2分别为主索AC、BC段单位长度自重折合在ox轴上的单位长度重量。w1、w2分别为A、C两处单位长度重量折合在ox轴上的单位长度重量,ρ1、ρ2为主索AC、CB两段自重沿ox方向的递增系数。AC和CB两段索的自重分别为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两段曲线的方程分别为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。由图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点的垂度为fx=6GΗ0x(l0-x)-q2hx(l0-x)(l0-2x)12Η20l0+q2l0(l0-x)x(4)AC段的索长s1为s1≈∫x0[1+12(w1x1Η0+ρ13Η0x31+tanγ1-w1x2Η0-ρ1x312Η0)2]dx1同理可求得BC段索长s2为s2≈∫l0-x0[1+12(w2x2Η0+ρ23Η0x32+tanγ2-w2(l0-x)2Η0-ρ2(l0-x)312Η0)2]dx2自重下主索AB的索长s0为s0=s1+s2(5)自重下AB和BC两段索中的张力分别为FAB=Η0q(w1+ρ1x21)(6a)FBC=Η0q(w2+ρ2x22)(6b)主索在吊重下的索长及张力计算坐标系如图4所示。设zx1=z1+t1x21zx2=z2+t2x22式中,zx1、zx2分别为主索AC、BC两段单位长度自重折合在ox轴上的单位长度重量。z1、z2分别为A、C两处单位长度重量折合在ox轴上的单位长度重量,t1、t2为主索AC、CB两段自重沿ox方向的递增系数。主索在吊重下AC和BC两段曲线的方程分别为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为吊重下主索中的水平张力。由Η(dy1´dx1´)x1´=x+Ρ=Η(dy2´dx2´)x2=0得在吊重下主索中C点的垂度为fx´=[12ΗΡ+6GΗ-q2h(l0-2x)](l0-x)x12Η2l0+q2l0(l0-x)x(7)吊重下AC段的索长s′1为s1´≈∫0x[1+12(z1x1´Η+t1x1´33Η+tanθ1-z1x2Η-t1x312Η)2]dx1´吊重下BC段的索长s2´为s2´≈∫0l0-x[1+12(z2x2´Η+t2x2´33Η+tanθ2-z2(l0-x)2Η-t2(l0-x)312Η)2]dx2´吊重下主索索长s为s=s1´+x2´(8)吊重下AB和BC两段索中的张力分别为FAB´=Ηq(z1+t1x12)(9a)FBC´=Ηq(z2+t2x22)(9b)变形协调方程的推导取主索在自重和吊重下两种状态分析。设主索的弹性模量为E;截面面积为A;高差为h;主索水平投影长度为l0;支点连线与水平轴夹角为γ;线密度为q。在自重状态下,设主索张力水平分力为H0;主索各点张力为F0(x);索长为s0;在吊重状态下,设主索张力水平分力为H;集中荷载为P;主索各点张力为F(x);索长为s。主索在自重和吊重两种状态下,索长之差为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引入请求的计算在图4中,C点的受力如图5所示,由2.1节可知3.1牵引索吊索121.5主索(2Φ21.5)重q=2×1.638=3.276kg/m;行车及附件100kg;牵引索(1Φ21.5)重1.638×223.5/2=183kg;吊重3500kg。作用在索上的总集中荷载为P=3783kg。3.2吊重下曲线方程主索截面面积A=2×174.27=348.54mm2;弹性模量E=0.36×2100=7560kg/mm2;h=150.54m,l0=165m,γ=42.38°,根据实际需要允许D点在自重下下垂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)可求得自重下索长为237.7m由式(8)和式(10)可求得吊重下主索中的水平张力H=3858kg当吊重靠近塔帽时,即大臂刚挂上索道往下滑时,主索张力最大。由吊重下曲线的方程得B点的曲率为tanγB=1.9381主索中最大张力为Τmax=Η1+(tanγB)2=8413.8kg由吊重下曲线方程可得吊重下C点的垂度为f(C)=9.58m,中点的垂度为f(l2)=15.8m。主索安全系数k=ΤnΤmax=2×278.4138=6.42＞4(安全)3.3接触应力时配合比为2.2%a/mm2系数k行车轮数n=4;滚轮直径Dmin=210mm;主索钢丝直径d=1mm。考虑弯曲应力时σmax=ΤAn+pnEΤA=72.2kg/mm2安全系数k=[σ]σmax=15572.2=2.15＞2(安全)考虑接触应力时σmax=ΤA+EdDmax=60.1kg/mm2安全系数k=[σ]σmax=15560.1=2.58＞2(安全)3.4牵引索稳定性分析由2.2节可得α1=48.16°;α2=69.49°;β=80.97°;α=57.19°行车运行阻力系数取fm=0.01,则行车运动阻力为N=Psinα+fmPcosα=3200kg牵引索经过三个定滑轮,则由N=0.983F得F=3399.9kg,选用