大型筒倉減壓錐預制安裝
2009-12-08 00:00
直徑大于或等于15m的水泥庫和均化庫，采用伊堡庫的情況非常普遍。減壓錐通常采用現(xiàn)澆整體式結構，為方便滑膜施工，一般將錐體與庫壁脫開，待庫壁施工完畢再從庫內(nèi)現(xiàn)澆錐體。當直徑不大時，也有錐體與庫壁整體現(xiàn)澆的情況。
根據(jù)減壓錐受力特性，錐底部在物料壓力下產(chǎn)生巨大推力，若錐體與庫壁整體現(xiàn)澆，該推力將由設在庫壁內(nèi)的暗梁承擔。暗梁截面為異形，配筋量非常大，一般情況下，施工完成一個環(huán)梁的工期在14天以上，即庫壁滑膜在此標高處必須停留，直至環(huán)梁乃至減壓錐施工完畢。水泥庫一般采用多個庫組合，減壓錐施工將耗費更長時間。這也是多數(shù)情況下將錐體與庫壁分離的原因之一。
若設計將減壓錐與庫壁分離，為防止錐體底部變形，將在錐底部設置一條環(huán)梁以抵抗物料壓力產(chǎn)生的推力，僅考慮庫壁支座承擔豎向分力。因此庫壁可以連續(xù)滑膜至庫頂，爾后在庫內(nèi)施工減壓錐及環(huán)梁。在國內(nèi)，由于施工人力充足，勞動力成本較低，雖然抱怨施工難度太大，工期太長，但很多項目依舊順利完工了，對于該設計沒有人提出太多批評。
同樣的設計，到了國外卻遇到了巨大挑戰(zhàn)。在我院設計的巴西某項目中，均化庫為15m直徑伊堡庫，減壓錐設計為與庫壁整體現(xiàn)澆。根據(jù)設計圖紙計算，減壓錐環(huán)梁以上錐體部分混凝土方量為113m3，重量約283t。若現(xiàn)澆，需要模板529m2，腳手架(D48x3mm鋼管)約8120m。由于當?shù)厝藳]有24小時連續(xù)施工的習慣，滑膜施工也僅在白天進行，施工進度非常慢。加上當?shù)鼗炷凉芰Ψ浅Ｓ邢?，減壓錐連續(xù)澆筑混凝土不現(xiàn)實。在權衡利弊之后，經(jīng)過搜集南美各國工程資料，對減壓錐提出了革命性的改變，將減壓錐分成12塊預制板加一塊頂部封口板，進行現(xiàn)場預制后拼裝，并取消了國內(nèi)傳統(tǒng)設計中錐底的環(huán)梁，各預制件之間僅預埋鋼板通過焊接連接。分塊數(shù)量應符合計算模型，卸料孔必須在一塊完整的分塊上，也應考慮當?shù)貦C具的吊裝能力。本項目每塊重量約23t，吊鉤起吊高度為27m，工作半徑12m，選用100T移動吊車即可滿足要求。
將原本整體現(xiàn)澆的錐體分塊預制，從理論上降低了結構的整體性能，對結構受力特點和工作性能是否有影響呢？現(xiàn)澆錐體底部有環(huán)梁約束，分塊預制后錐底分裂，無直接約束，是否會影響結構安全？
在傳統(tǒng)設計中，若減壓錐與庫壁分離，一般僅考慮庫壁對減壓錐提供豎向約束，錐底水平約束由錐底環(huán)梁提供。經(jīng)分析，這種設計概念忽略了支座對錐底的摩擦力。實際工作狀態(tài)下，庫壁將對減壓錐同時提供豎向約束和水平約束，如果水平約束達到一定大小，能夠滿足力三角形的平衡條件，則可等同于庫壁對減壓錐提供沿錐壁方向的斜向反力。如果這個條件成立，在物料壓力下，減壓錐將完全受壓，只需對卸料口進行加強。問題的關鍵是找出錐底面與庫壁支座處的摩擦力能否滿足實際受力需求。目前庫壁及減壓錐一般采用C40混凝土，最低也用C30混凝土。混凝土面之間的摩擦系數(shù)可能受到表面特性影響，但根據(jù)“建筑地基基礎設計規(guī)范”，混凝土對粗糙表面硬質巖石的摩擦系數(shù)可取0.65-0.75， 對于軟質巖石可取0.4-0.6。“重力式碼頭設計施工規(guī)范”推薦混凝土表面間摩擦系數(shù)可取0.55。碼頭規(guī)范推介的數(shù)據(jù)適用于水下工況，而減壓錐在干燥環(huán)境下工作，摩擦系數(shù)會更高。C30混凝土強度已經(jīng)達到硬質巖石要求，理論上可以取0.65-0.70的摩擦系數(shù)，為穩(wěn)妥起見，可以采用0.60的摩擦系數(shù)。減壓錐錐角為60度，根據(jù)支座反力指向錐壁方向建立力三角形，可以推算出所需水平支座反力與豎向支座反力之比等于1:1.73。按0.60摩擦系數(shù)計算，1.73的單位豎向力可以產(chǎn)生1.04個單位的水平摩擦力，滿足平衡要求。即減壓錐直接放置在庫壁水平支座面上時，錐體底部約束能夠滿足錐體平衡條件，使錐體處于雙向軸心受壓狀態(tài)，錐體截面配筋均為構造鋼筋。分塊后環(huán)向鋼筋被打斷，構件之間會產(chǎn)生縫隙。但只要預制件幾何尺寸滿足精度要求，裝配后構件間縫隙小于結構彈性變形范圍，在壓力作用下，結構通過微小變形最終形成協(xié)同工作的整體受壓構件。所以保障結構安全的核心是保證預制件幾何尺寸的精度以及安裝定位的準確度。
錐體準確定位首先應準確定位錐頂中心。根據(jù)錐體分塊數(shù)量，錐頂被預制成邊數(shù)與分塊數(shù)量相等的正多面體，與錐體每個分塊對應的面上預埋鋼板，便于安裝后將錐壁與錐頂焊接成為整體。安裝的第一步便是定位錐頂，這是整個安裝過程中最為關鍵的一步。
錐頂采用臨時支架就位，支架頂部有調節(jié)裝置。
錐體底部就位可在庫壁支座處預留定位鋼筋，在預制件支座底板上預留定位圓孔，吊裝時簡單將每塊板件的圓孔套在定位鋼筋上即可。吊裝時先將構件底部就位，再慢慢將分塊構件頂部靠近錐頂并精確就位。注意構件不得推動錐頂預制件，兩個相向的構件應依次安裝，以降低頂部推力。根據(jù)力學分析，有效儲料高度為40m時，若構件間側向縫隙在5mm以內(nèi)，受壓變形后結構可閉合成完整錐體。
錐體與庫壁間填料適當提高強度等級，可加固錐底，防止滑移。
目前水泥項目工程中設計最大的伊堡庫直徑為22.5m，減壓錐高度19m，壁厚700mm，按這個工程量計算，錐體混凝土方量為403m3，重量約1009t，模板面積973m2，需腳手架約15980m。若改用預制方案，可將錐壁厚度改為變截面，底部厚700mm，頂部厚度400mm。此時結構混凝土量為352m3，重量減小到880t。根據(jù)卸料口尺寸要求，可將錐體分成32塊加一塊頂板，每塊重量約27.5t，吊車吊鉤起吊高度36m，工作半徑16m，選用150T移動吊車即可滿足吊裝要求。預制構件在庫體支承筒壁滑膜期間完成，環(huán)梁施工完成并達到強度后立即開始吊裝，每個工作日可安裝完成4-6塊，完成整個錐體安裝需要6-8天左右?，F(xiàn)澆方案一般需要45-60天才能完成施工，預制方案在工期方面的優(yōu)越性非常顯著。
伊堡庫減壓錐由現(xiàn)澆方案改為預制方案，從技術角度分析是可靠的，在南美各國已有成功工程實踐經(jīng)驗。只要項目場地滿足預制要求，能保證預制件精度，有運輸及吊裝能力，采用預制方案不僅能夠節(jié)約大量模板腳手架工程量和人工操作工作量，還能大大縮短項目工期，是一種高效的新思路。
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