液压爬模架体的有限元设计.pdf

广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年3月 第3期 MAR 2013 No．3 1研究项目概况 广交会大厦工程为中国出口商品交易会（即广 交会）琶洲展馆重要配套设施项目，地下2层，地上 裙楼4层、塔楼41层，建筑总高度177.3m，总建筑 面积87553m2。 其结构形式为新型的钢框架－混凝土 筒体结构，内筒为钢筋混凝土墙体，外筒为钢框架结 构体系，外筒与核心筒剪力墙之间的钢梁为铰接，整 个结构通过钢骨柱、梁混凝土构件与钢管柱、钢梁、 组合楼板的有机结合形成了新型的钢框架－钢筋混 凝土筒体结构体系，核心筒结构平面如图1所示。 针对该工程内筒外钢框结构的特点、难点，我司 拟采用多作业面立体交叉施工体系竖向结构先行、 水平结构滞后的工艺。结合该工程工期紧、混凝土要 求质量高的特点， 采用式液压爬模系统来完成核心 筒竖向结构施工。 采用LYZPM-100W型液压爬模 系统，它主要由埋件系统、液压系统、导轨、爬模架体 （分上下两部分）及模板体系组成，如图2所示。 液压爬模架体的有限元设计 张春辉陈一乔 （广东省建筑工程集团有限公司广州510635） 摘要液压爬模技术近年在我国得到大规模的应用，目前建筑市场上大多采用繁琐而传统的结构力学方法结合现行钢 结构设计规范进行设计，文中介绍在广交会大厦核心筒施工中，利用有限元技术模拟施工工况，并对其架体进行设计及受力分 析，在确保准确的前提下提高了设计计算的效率。 关键词液压爬模； 有限元； 模型建立 FEA Design of Crawl Shuttering Frame Zhang ChunhuiChen Yiqiao （Guangdong Construction Engineering Group Co.，Ltd.Guangzhou 510635，China） AbstractAlong with the hydraulic climbing work technology has been widely used for skyscraper in China，the tedious and tradi- tional structural combined with the current “code for design of steel structures“ have been used to design it. During the core tube construction of CECF Building，finite element technology has been used for design and dynamics analysis the frame by GDCEG，enhances the efficiency of the computation in the premise of ensuring accurate. Keywordshydraulic climbing work；finite element；modeling 图2液压爬模系统构造示意图 訳侧面訴三维图 图1核心筒结构平面图 爬模垂直控制点 测量控制点 测量控制点 XGAZ1 XGAZ2 XGAZ1 XGAZ1 XGAZ1 XGAZ2 XGAZ2XGAZ2 1200 3 表2爬模架体杆件对应轴力及截面设计结果 杆件 名称 对应轴力（N） 拟选用型钢的型号 最大 绝对值 最小 绝对值 型号 截面积 （mm2） 相对应力 （MPa） 立柱1375538.82［1226565.23 斜杆、横梁6081.302∠4546978.80 图4爬模架体各单元内力计算结果 訴剪力訳轴力訵弯矩 张春辉等 液压爬模架体的有限元设计MAR 2013No．32013年3月第3期 2用有限元方法对爬模架体的设计与验证 2.1模型的建立 上架体（支承架）结构由横梁、竖杆和斜杆通过 刚性节点连接，并通过刚性节点连接到下架体（附墙 架）上。 荷载组合按最不利状态即工作状态（竖向荷 载＋风荷载）考虑。 承载钢平台主要承受模板提升时 的全部垂直荷载，设计采用三角桁架。 因本工程核心 筒外墙长206m，共布置68榀架位，平均间距3.03m， 受结构特点影响，架体无法均匀设置，架体布置不均 匀，且采用分片爬升的施工方法，取3.5m宽的架体 模型为研究对象，每层竖向荷载按2.5kN m2，风荷 载按0.5kN m2考虑，计算简图如图3。 2.2爬模架体的受力分析 ⑴杆件单元的选取根据各节点坐标建立有限 元模型，整个架体均按均布荷载考虑，选取Link8单 元建模。 ⑵架体各单元的内力情况经计算得到各杆件 单元的轴力、剪力和弯矩，如图4所示。 ⑶受力较大部位的有限元法与结构力学计算 分析结果对比由表1可见，两者的计算结果差异不 大，为26，可认为它们对该模型进行的受力分 析结果是一致的，也证明有限元法的爬模架体受力分 析是正确的。 2.3架体钢材截面选择与校核 根据爬模架体受力分析结果， 笔者对架体的材 料型号进行了选择，并参照GB 50017-2003钢结 构设计规范的有关规定，按偏心受压格构式构件考 虑，分别进行了整体结构的强度和稳定性验算，结果 均满足规范要求。 爬模架体各杆件轴力的最大值、最小值见表2， 由此可知所有杆件的拉压应力设计值均满足设计强 度要求。 2.4爬模架体各节点的位移验算 为了确保爬模架体的安全， 更好地掌握其内力 及变形，将上一步的计算结果代入ANSYS 10.0进行 分析。 ⑴模拟分析参数的选取整个爬模架体由上下 图3单侧爬模架体的计算简图 （28）（16） （27） （23） （1） （2） （3） （10） （4） （5） （6） （7） （11） （8）（14） （15） （12） （9） （13） （DOF0） （DOF0） （20） （24）（17） （21） （25） （18） （22） （26） （19） （33）（32） （36） （31） （23） （DOF0） （DOF0） （30）（29） （28）（35） （22） （26 ） （ 27） （25） （34） 40） （21） （24）（37）（38） （1） （2） （3） （4） （15） （18） （9） （10） （5） （6） （7） （16）（19） （11） （12） （17） （20）（8） （13 ） （ 14） （39） 4 图5总体位移云图 表1有限元法与结构力学计算的内力对比 单 元 码 结构力学方法有限元方法 杆端1杆端2 轴力 （kN） 剪力 （kN） 弯矩 （kNm） 轴力 （kN） 剪力 （kN） 弯矩 （kNm） 轴力 （kN） 剪力 （kN） 弯矩 （kNm） 1-13.7548-9.920914.6919-13.7548-9.920912.2117-12.9762-9.359313.8603 2-11.9548-8.020912.2117-11.9548-8.02097.3992-11.2781-7.566911.5205 3-8.7548-6.22097.3992-8.7548-6.22093.6667-8.2592-5.86876.9804 4-3.7548-3.42093.6667-3.7548-3.42092.8115-3.5422-3.22723.4592 5-7.7089-3.41422.9186-7.7089-3.41420.6994-7.2725-3.2212.7534 15-6.44622.04384.5379-6.44622.04388.3606-6.08131.92814.2810 16-1.2787-3.28715.2169-1.2787-3.2871-2.1468-1.2063-3.1014.9216 18-0.2339-3.4047-3.2705-0.2339-3.4047-9.4443-0.2206-3.212-3.0854 19-1.1179-1.31163.0864-1.1179-1.31160.3321-1.0546-1.23732.9117 24-0.726516.2851-7.854-0.726511.41012.9471-0.685415.3633-7.4094 34-0.2785-1.73872.7317-0.2785-1.7387-0.9196-0.2628-1.64032.5771 380.64536.3409-3.09770.64535.4096-2.22230.60875.9819-2.9224 3905.875-2.761300005.5425-2.6050 广东土木与建筑MAR 2013No．32013年3月第3期 架体两部分组成，各自由横梁、斜拉杆、立柱组成，其 中立柱采用2［12热轧普通槽钢，横梁、斜拉杆采用 2∠454角钢，钢材弹性模量E2.06105N mm2，泊 松比n0.3，密度r7800kg m2。 荷载组合按最不 利状态即工作状态（竖向荷载＋风荷载）考虑。 ⑵单元的选取同架体设计，所有节点均按刚 性节点考虑，附墙节点按DOF0考虑。 由软件对各 节点自动编号。 ⑶计算结果及分析本有限元分析的主要目的 是校核整个架体的钢材截面选取是否正确以及整体 受力变形特点，位移计算结果如图5。 从爬模架体施 工过程仿真分析架体变形和位移结果可以看出，最 大变形为0.138mm，说明该爬模架体位移很小，在施 工安全上得到了很好的保证，满足JGJ 162-2008 建 筑施工模板安全技术规范的要求，在施工质量上也 能满足GB 50204-2002混凝土结构工程施工质量 验收规范对大钢模板的误差要求，有限元分析结果 表明该爬模架体设计合理、安全可行。 3结语 从广交会大厦核心筒施工实践效果来看， 利用 有限元工具设计液压爬模架体的方法，避免了繁琐的 手工计算，在确保准确的前提下提高了设计计算的效 率，为我司今后类似工程提供了有益的参考。 参考文献 ［1］GB 50017-2003钢结构设计规范［S］ ［2］JGJ 162-2008建筑施工模板安全技术规范［S］ ［3］GB 50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范 （2010版）［S］ ［4］ 崔凌岳.谷拉河大桥墩液压自爬模施工受力分析［J］. 华东交通大学学报，2007（2） ［5］ 耿凌鹏.广交会大厦核心筒分片式爬模施工技术［J］.施工 技术，2010（9） ［6］ 顾国明.超高层建筑爬模系统液压模架测试研究［J］.建 筑机械化，2009（6） 5