某电视塔观光层悬挑结构施工过程模拟分析研究Word文档格式.docx

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m上部为天线。

主塔平面呈八角形,八角形边长为3 

438 

mm,主塔标准层平面见图1。

图1 主塔标准层平面

主塔采用双钢板组合剪力墙结构(简称“SPSW”),主塔筒壁厚度为300 

mm,筒壁内外侧钢板通过栓钉、连接钢筋及加劲板与筒壁内后浇筑混凝土形成整体结构,钢板材质为Q345B,结构抗震设防烈度为7度,结构设计使用年限为50年。

主塔标高114.450 

m处4个方向观光厅结构自主塔筒壁外侧伸出长度为13 

400 

mm,上部各通过2根φ100不锈钢拉杆与主塔筒壁斜拉连接,4个方向观光厅通过空中环行走道相连接。

观光厅结构立面及结构轴测见图2、图3。

图2 观光厅结构立面

图3 观光厅结构轴测图

2 观光层结构施工工艺流程

观光层结构遵循“分单元拼装、分单元对称吊装,设置临时辅助拉索”的原则进行施工。

观光层结构施工总体思路为:

利用外施工平台安装标高107.167 

m斜支撑结构,利用标高114.450 

m“钢结构+空中环形走道+预应力临时拉索”形成的结构体系作为上部结构施工操作平台,确保施工阶段安全。

观光层结构的施工工艺流程如图4所示。

图4 观光层结构施工工艺流程

3 观光层结构施工阶段分析

依据观光层结构施工安装顺序,仍选取4种施工状态分别建立模型进行计算分析,采用大型通用有限元软件ANSYS 

13.0分析计算。

观光层结构的施工分析状态如表1所示。

表1 观光层结构施工状态

编号施工状态1观光层下层钢结构+临时拉索安装完毕2观光层结构走道钢结构安装完毕3整个观光层结构安装完毕+临时拉索未拆除+结构拉索未安装4整个观光层结构安装完毕+临时拉索拆除+结构拉索安装完毕

3.1 观光层第一施工状态

为保证长悬挑观光层结构的施工安全,并减少长悬挑结构的变形导致的施工误差,设置临时拉索,通过控制临时拉索的预拉力来控制悬挑端的变形,通过不断试算,最终将临时拉索的预拉力确定为50 

kN。

3.1.1 内力分布

当观光层结构施工到第一施工状态时,观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图5所示。

a—主体结构;

b—混凝土;

c—钢板;

d—钢梁。

图5 观光层第一施工状态应力分布 MPa

由应力计算结果可看出,观光层第一施工阶段完成时,混凝土结构的最大主应力为8.74 

MPa,主塔筒体钢板剪力墙钢板的最大应力为36.80MPa,最大应力位于钢板剪力墙根部;

观光层钢梁最大应力为44.20 

MPa。

计算结果表明:

混凝土主应力较小,此时混凝土未开裂;

钢板Mises应力和钢梁Mises应力均较小,此时钢板和钢梁均未屈服,结构满足安全要求。

3.1.2 变形特征

a—主体结构总变形;

b—主体结构X向变形;

c—主体结构Y向变形;

d—主体结构Z向变形;

e—钢梁整体变形。

图6 观光层第一施工状态变形 mm

当观光层结构施工到第一施工状态时,观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形、Z向变形和钢梁整体变形如图6所示。

  由变形计算结果可看出,观光层第一施工阶段完成时,结构整体变形最大值为54.727 

mm,水平变形最大值为54.204 

mm,竖向变形最大值为23.633 

mm;

观光层钢梁最大变形值为54.312 

mm。

结构变形量较小,满足后续结构安装要求。

3.2 观光层第二施工状态

3.2.1 内力分布

当观光层结构施工到第二施工状态时,观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图7。

图7 观光层第二施工状态应力分布 MPa

由应力计算结果可看出,观光层第二施工阶段完成时,混凝土结构的最大主应力为8.75 

MPa,主塔筒体钢板剪力墙钢板的最大应力为36.90 

MPa,最大应力位于钢板剪力墙根部;

观光层钢梁最大应力为57.30 

3.2.2 变形特征

当观光层结构施工到第二施工状态时,观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形、Z向变形和钢梁整体变形如图8所示。

由变形计算结果可看出,观光层第二施工阶段完成时,结构整体变形最大值为54.739 

mm,水平变形最大值为54.211 

mm,竖向变形最大值为24.760 

观光层钢梁最大变形值为54.334 

3.3 观光层第三施工状态

3.3.1 内力分布

当观光层结构施工到第三施工状态时,观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图9所示。

由应力计算结果可看出,观光层第三施工阶段完成时,混凝土结构的最大主应力为8.78 

MPa,主塔筒体钢板剪力墙钢板的最大应力为37.50 

观光层钢梁最大应力为78.60 

图8 观光层第二施工状态变形 mm

图10 观光层第三施工状态变形 mm

图9 观光层第三施工状态应力分布 MPa

3.3.2 变形特征

当观光层结构施工到第三施工状态时,观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形、Z向变形和钢梁整体变形如图10所示。

由变形计算结果可看出,观光层第三施工阶段完成时,结构整体变形最大值为65.194 

mm,水平变形最大值为56.691 

mm,竖向变形最大值为43.242 

观光层钢梁最大变形值为65.194 

3.4 观光层第四施工状态

3.4.1 内力分布

当观光层结构施工到第四施工状态时,观光层结构整体应力分布、混凝土主应力分布、主塔筒体钢板Mises应力和钢梁Mises应力如图11所示。

图11 观光层第四施工状态应力分布 MPa

由应力计算结果可看出,观光层第四施工阶段完成时,混凝土结构的最大主应力为8.78 

观光层钢梁最大应力为47.90 

3.4.2 变形特征

当观光层结构施工到第四施工状态时,观光层结构整体总变形、X向变形、Y向变形和Z向变形和钢梁整体变形如图12所示。

由变形计算结果可看出,观光层第四施工阶段完成时,结构整体变形最大值为61.562 

mm,水平变形最大值为56.687 

mm,竖向变形最大值为37.907 

观光层钢梁最大变形值为61.562 

图12 观光层第四施工状态变形 mm

4 施工验算结果

4.1 观光层施工期间内力

观光层施工期间钢板剪力墙混凝土主应力值较小,基本保持8.7 

MPa左右。

观光层施工期间主塔筒体钢板剪力墙钢板Mises应力值不大,基本保持37.0 

钢梁Mises应力变化幅度不大,最小值为44.20 

MPa,最大值为78.60 

其中,从施工状态一到施工状态三(即观光层钢结构安装完毕,临时拉索未拆除,结构拉索未安装)钢梁Mises应力增加至最大值78.60 

当临时拉索拆除,结构拉索安装完毕后,钢梁应力减小至47.90 

MPa,可见结构拉索能够有效减小钢梁应力。

4.2 观光层施工期间变形

观光层施工期间主塔筒体结构整体变形幅度较小,最小变形值为54.727 

mm,最大值为65.194 

其中,从施工状态一到施工状态三,主塔筒体结构整体变形增加至最大值65.194 

当临时拉索拆除,结构拉索安装完毕后,主塔筒体结构整体变形减小至61.562 

mm,可见结构拉索能够有效减小主塔筒体结构整体变形。

观光层施工期间,主塔筒体结构水平变形幅度较小,最小变形值为54.204 

mm,最大值为56.691 

其中,从施工状态一到施工状态三,主塔筒体结构水平变形增加至最大值56.691 

当临时拉索拆除,结构拉索安装完毕后,主塔筒体结构水平变形为56.687 

mm,可见结构拉索对控制主塔筒体结构水平变形基本无作用。

主塔筒体结构竖向变形幅度不大,最小变形值为23.633 

mm,最大值为43.242 

其中,从施工状态一到施工状态三,主塔筒体结构竖向变形增加至最大值43.242 

当临时拉索拆除,结构拉索安装完毕后,主塔筒体结构竖向变形减小为37.907 

mm,可见结构拉索对控制主塔筒体结构竖向变形能起到一定作用。

观光层施工期间,钢梁变形幅度较小,最小变形值为54.194 

其中,从施工状态一到施工状态三,钢梁变形增加至最大值65.194 

当临时拉索拆除,结构拉索安装完毕后,钢梁变形减小为61.562 

mm,可见结构

拉索对控制钢梁变形能起到一定作用。

5 结束语

观光层施工期间钢板剪力墙混凝土主应力值、剪力墙钢板应力、观光层钢梁应力均在弹性范围内;

观光层结构拉索能够有效减小钢梁应力。

观光层施工期间整体变形幅度较小,拉索能够有效减小主塔筒体结构整体变形;

结构水平变形幅度较小,结构拉索对控制主塔筒体结构水平变形基本无作用;

主塔筒体结构竖向变形幅度不大;

钢梁变形幅度较小,结构拉索对控制钢梁变形能起到一定作用。

参考文献

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