江智
摘要:分析吊裝狀況下控制樓框架的變形和內力,驗算極端風況下控制樓框架的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性,將碼頭平臺上的框架結構控制樓從傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝改為預制吊裝施工工藝。
關鍵詞:吊裝;框架結構;變形;內力;抗滑;抗傾覆
1 概述
由于廣西北部灣港欽州30萬噸級油碼頭工程現(xiàn)場離三墩作業(yè)區(qū)南側約5km的外海海域,碼頭區(qū)域受季風影響明顯。每年5~8 月多偏南風,尤以6~7 月最多,10 月至翌年3 月多偏北風,根據(jù)2011年和2012年相同月份的天氣記錄,受北風和霧天影響的天數(shù)占統(tǒng)計天數(shù)的60%。該碼頭平臺上設有一棟三層框架結構的控制樓,控制樓施工受風浪影響非常大。為減少風浪條件及霧天對施工的影響,參建各方提出將碼頭平臺上的框架結構控制樓從傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝改為預制吊裝施工工藝,控制樓的框架結構先在預制場內預制完成,具備安裝工作面后用500噸起重船進行吊裝。
控制樓的結構形式為鋼筋混凝土框架結構,層數(shù)為地上三層??蚣艿钠矫婧土⒚嫒鐖D1所示:
2 吊裝方案的結構計算
2.1、框架梁吊裝內力分析
內力分析利用Midas/Gen有限元軟件進行建模計算,該軟件是一款主要面向建筑結構分析與設計的通用有限元軟件,于2004年1月通過了建設部評估鑒定。荷載只取混凝土自重,吊點設在B軸與D軸,如圖1所示。建模時,將-0.10米處B軸與D軸柱底的邊界條件設為一般支承。
計算結果如下表1所示。
2.1.1變形核算
根據(jù)《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》(JTS 151-2011)中第3.3.2條最大撓度為計算跨度的1/600,該點計算跨度取實際懸臂長度的2倍即10.68米,即允許的最大撓度[f]=10680mm/600=17.8mm。
計算結果顯示最大位移為12.12mm,小于規(guī)范規(guī)定的最大限值,滿足規(guī)范要求。
2.1.2內力核算
以發(fā)生最大負彎矩的KL3-(3)梁為例核梁正截面受彎承載力??刂茦撬锌蚣芰旱慕孛娉叽缇鶠?00×600mm,砼強度采用C40,受力鋼筋采用HRB400。
根據(jù)《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》(JTS 151-2011)中的“5、承載力極限狀態(tài)計算”的規(guī)定,根據(jù)公式ξb= β1/[1+fy/(Esεcu)],取εcu= 0.0033,β1=0.8,Es= 2.0×105 N/mm2,fy=360N/mm2。計算得ξb=0.517。
根據(jù)梁的配筋圖及保護層厚度,計算得a=84mm,h0=600-84=516mm。
混凝土受壓區(qū)高度:x= ξb×h0=0.517×516=267mm
在未考慮受壓區(qū)的鋼筋的受彎承載力的情況下,根據(jù)公式Mu= α1fcbx(h0-x/2),取α1=1,fc=19.1 N/mm2,則計算得截面受彎承載力Mu=585190575N.mm=585.2kN.m
吊裝過程的框架梁柱頂?shù)膹澗?14.9kN.m小于梁的受彎承載力585.2kN.m,滿足規(guī)范要求。經核算,其它框架梁的吊裝彎矩也都小于各自的正截面受彎承載力,滿足規(guī)范要求。
2.2 框架與平臺的聯(lián)接
為了保證安裝期間框架的穩(wěn)定性,需要驗算框架擱置在碼頭平臺上的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性。
2.2.1風荷載計算
根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》(JTS144-1-2010)及《建筑結構荷載規(guī)范》(GB50009-2001)中關于風荷載的規(guī)定,
2.2.2控制樓整體穩(wěn)定驗算
2.2.2.1 抗滑
控制樓自重6600kN(未算砌體重,取小值偏于安全),若控制樓直接擱置在平臺,連接方式為一般支承,根據(jù)《重力式碼頭設計與施工規(guī)范》(JTS 167-2-2009)中表2.1.9,混凝土面與混凝土面的摩擦系數(shù)為0.55,即控制樓可抗滑力為6600×0.55=3630kN,結構重要性系數(shù)采用一級的1.1,穩(wěn)定驗算時作用分項系數(shù)取1.35,有:
(1.1×1246.5 kN=1371.2 kN)<(3630 kN/1.35=2688 kN)
即在海面16級臺風的工況下結構抗滑穩(wěn)定。
2.2.2.2抗傾覆
經AUTOCAD軟件進行實體計算,控制樓的重心距平臺的垂直高度為7.6米,最小傾覆力臂為7.5米,結構重要性系數(shù)采用一級的1.1,穩(wěn)定驗算時作用分項系數(shù)取1.35,在海面16級臺風的工況下的傾覆力矩為:1.1×1246.5 kN×7.6m=10420.7kN.m,計算控制樓自重下的抗傾覆力矩為:6600 kN×7.5m/1.35=36666.7 kN.m,傾覆力矩遠小于抗傾覆力矩,故控制樓抗傾覆定性穩(wěn)定。
3 吊裝施工簡述
在預制場完成了框架的預制,預制時所有框架柱底部均需預留鋼筋與碼頭平臺預留焊接。梁柱框架混凝土現(xiàn)澆完成且強度達設計強度時,采用500噸起重船吊裝,用1000噸方駁進行運輸。起重船與駁船由馬力不小于2000HP的拖輪拖運至外海安裝現(xiàn)場,拖運前必須將框架用型鋼加固在駁船甲板上,拖運時海上風力不得大于6級。安裝就位后立即將框架柱底部預留的鋼筋與碼頭平臺預留鋼筋焊接,并完成基礎砼的澆筑工作。圖3.1為安裝在碼頭平臺上的控制樓框架。
4 結語
根據(jù)計算復核控制樓框架的變形和內力,控制樓框架梁柱采用整體吊裝不會對結構產生不利影響。根據(jù)極端風況下的抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性驗算,控制樓安裝和投入使用后整體穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范要求。因此,在惡劣的外海工況下,可將碼頭平臺上的框架結構控制樓從傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝改為預制吊裝施工工藝,將外海風浪對工程的影響減少到最低。
參考文獻:
[1]水運工程混凝土結構設計規(guī)范JTS 151-2011
[2]港口工程荷載規(guī)范JTS144-1-2010