CN103754791A

CN103754791A - 利用预应力钢绞线提升水塔1000m3水箱的方法

Info

Publication number: CN103754791A
Application number: CN201410022088.7A
Authority: CN
Inventors: 范立强; 邱克敏; 王林义; 范利喜; 张天寿; 琚晓平; 胡艳致; 张志飞; 关海波; 郑宏飞
Original assignee: Shanxi No2 Construction Co Ltd
Current assignee: Shanxi No2 Construction Co Ltd
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-04-30

Abstract

利用预应力钢绞线提升水塔1000m³水箱的方法，属于建筑安装领域，即通过提升架将水塔1000m³水箱提升至设计高度；所述提升架包括上钢梁、下钢梁、斜支撑，上钢梁设置在下钢梁的上方，上钢梁与下钢梁之间设置千斤顶，下钢梁焊接在斜支撑的上面，下钢梁与斜支撑之间成81度角；上钢梁放置在导向架内，通过千斤顶与下钢梁连接。本发明的有益效果是：施工工期短，施工成本低，施工操作安全可靠。

Description

利用预应力钢绞线提升水塔1000m3水箱的方法

技术领域

本发明属于建筑安装领域，具体涉及利用预应力钢绞线提升1000m³水箱的方法。

背景技术

倒锥壳水塔具有结构紧凑、造型美观等优点，在全国范围内被广泛采用。目前常用的标准水塔为100-500m³。随着我国生产力的发展，钢铁冶金行业技术的不断提高，现在高炉容量在不断增大，为了保证高炉等设备在在特殊停电情况下的工业用水，需要配置40m高1000m³倒锥壳水塔，为其提供事故用水。1000m³属于非标准型水塔，水塔由倒锥形水箱和支撑水箱的支筒组成；直径大，高度40m，水箱重量达到350t，水箱提升难度较大，危险系数高。

发明内容

如何选择确定水箱的提升方案成为整个水塔施工的关键，本发明提供一种利用预应力钢绞线提升大型物件的方法，它操作简单，吊装安全可靠，而且施工成本低，吊装效率高，工期短。

本发明的技术方案是：包括提升架、钢绞线；

提升架包括上钢梁、下钢梁、斜支撑，上钢梁设置在下钢梁的上方，上钢梁与下钢梁之间设置千斤顶，下钢梁焊接在斜支撑的上面，下钢梁与斜支撑之间成81度角。

上钢梁由12根上横梁连接成12边形，相邻两根横梁之间通过千斤顶垫板连接；

下钢梁由12根下横梁连接成12边形，相邻两根横梁之间通过千斤顶垫板连接；

斜支撑由12根斜梁组成。

所述千斤顶垫板是材质为Q235，尺寸为20cm*20cm*2cm垫板。

钢绞线数量计算：钢绞线选用预应力钢绞线1x7-17.8-1860MPa，钢绞线使用根数n=KN/AR；

式中K为吊装安全系数，不小于3；

N为水箱总重；

A为一根钢绞线的有效面积（mm²）取A=191mm2；

R为钢绞线钢丝强度级别为1860MPa；

提升操作工序：

安装斜支撑、下钢梁、上钢梁——上钢梁、下钢梁之间安放千斤顶——穿钢绞线并随即用夹片锁紧钢绞线，拉紧钢绞线固定水箱下锚具——依次安装下钢梁锚具、上钢梁锚具——安装电动油泵、分油器及千斤顶油路——接通电源并关闭分油器针形阀——液压油泵试工作，检查油泵是否正常——油泵正式工作、千斤顶进油，千斤顶活塞顶升，锚具带动水箱上升——行程结束，油泵回油，千斤顶活塞下降，下锚具同时锁紧钢绞线千——斤顶上锚具松开，并随之下降——重复提升过程直至水箱到设计标高——安装临时刚托架——水箱下支承环梁浇筑混凝土并达设计强度——在水箱下环梁上端切断钢绞线，卸下千斤顶及上锚具、油泵及提升架。

提升架上钢梁、下钢梁的位置与水箱下梁预埋Φ32钢管相对应，钢梁间隙与预埋钢管孔应在同一中心垂线上。

所述水箱下锚具即是设置在水箱下环梁处的锚具，实施例中共有36只；

所述下钢梁锚具即是设置在下钢梁处的锚具，实施例中共有36只；

所述上钢梁锚具即是设置在上钢梁处的锚具，实施例中共有36只；

提升架下钢梁邻近千斤顶位置处制作刻度标杆，以便提升时随时观察水箱的水平度。

本发明的有益效果是：施工工期短，施工成本低，施工操作安全可靠。

附图说明

图1是本发明提升架的结构图。

图2是本发明提升架的侧视图。

图3是本发明的提升示意图。

图中，1、上锚具，2、下锚具，3、钢绞线，4、千斤顶，5、上钢梁，6、下钢梁，7、斜支撑，8、水箱支撑筒。

具体实施方式

实施例：河北平山敬业冶炼有限公司3*1260事故水塔工程，水箱安全平稳就位，施工工期缩短了5天，节省了施工成本，保证了建设单位按时投产使用，得到建设监理单位的一致好评。

水塔为混凝土结构，它由倒锥形水箱和支撑水箱的圆柱形支筒组成。水箱的外壁设有上环梁和下环梁。

支筒内设爬梯，施工操作平台设置在支筒顶部。施工操作平台周围焊接钢栏杆，中间满铺不小于30mm厚的木板。

水箱预制时应将水箱放在事先用砼浇筑而成的12个高300mm混凝土支墩上，为提升时穿钢绞线固定锚具提供方便

提升架上、下钢梁的位置与水箱下梁预埋Φ32钢管相对应，钢梁间隙与预埋钢管孔应在同一中心垂线上。

在预制水箱时同时将吊耳与下环梁固定，即在水箱下环梁底边一圈等距离预埋36块厚12mm钢板，使水箱吊点在提升时受力均匀，将36根Φ32钢管等距离设置在下环梁上，即从下环梁垂直穿过并焊接在预埋钢板上，钢管下口与预埋钢板下表面平齐（预埋钢板为水箱部件），将其浇筑在水箱下环梁中，水箱提升时将钢绞线穿过钢管并用锚具锁紧。

1、进行钢绞线数量计算：钢绞线选用预应力钢绞线1x7-17.8-1860MPa，钢绞线使用根数n=KN/AR；

式中K为吊装安全系数，不小于3；

N为水箱总重；

A为一根钢绞线的有效面积（mm²）取A=191mm2；

R为钢绞线钢丝强度级别为1860MPa；

n=KN/AR=3*3500*1000/1860*191=29根。

钢绞线36根，58.5米/根，规格型号是Φ17.8；

考虑到吊装安全系数及设计图纸预留支筒吊装柱为12根，故综合考虑取钢绞线为36根。

2、钢绞线总根数确定后，选用KM22-1860锚具，该锚具用于预应力结构时由锚垫板和锚板配套。锚垫板和锚板是KM22-1860锚具的配套设施是由天津威姆预应力机械有限公司生产。

锚具108只，规格型号是KM22-1860；其中，上钢梁设置36只，下钢梁设置36只，水箱下环梁处36只。

提升架比水箱设计固定位置高2200mm,上、下钢梁内切圆直径应与水箱下环梁直径相等。

3、安装提升架：

安装操作平台上的斜支撑、下钢梁、上钢梁——上下钢梁之间安放千斤顶——穿钢绞线并随即用夹片锁紧钢绞线，拉紧钢绞线固定水箱下锚具——安下、上钢梁锚具——安装电动油泵、分油器及千斤顶油路——接通电源并关闭分油器针形阀——液压油泵试工作，检查油泵是否正常——油泵正式工作、千斤顶进油，千斤顶活塞顶升锚具带动水箱上升——行程结束，油泵回油，千斤顶活塞下降，下锚具同时锁紧钢绞线——千斤顶上锚具松开，锚具片与锚杯脱离，千斤顶上锚具随之下降——重复提升过程直至水箱到设计标高——安装临时刚托架——水箱下环梁浇筑混凝土并达设计强度——在水箱下环梁上端切断钢绞线，卸下千斤顶及上锚具、油泵及提升钢架。

3、提升架的设计和安装：

3.1水箱上环梁浇筑时环向均布预埋12块预埋钢板，将斜支撑焊接在预埋钢板上，斜支撑上端轴心与水箱下环梁轴心同轴。

3.2斜支撑顶端焊接下钢梁垫板，在垫板上焊接12边形下钢梁，上钢梁、下钢梁选用[22号槽钢，采用槽钢截面为][，间距为3cm。

3.3下钢梁接头处焊接接头盖板（即千斤顶垫板）。下钢梁焊接完成后，在下钢梁与上人井预埋钢板间焊接拉接工字钢连杆。然后在工字钢连杆上用木板铺设操作平台。

3.4上钢梁的做法同下钢梁，上钢梁焊接完毕，将千斤顶安放于上钢梁与下钢梁之间，在上钢梁与下钢梁之间焊接U形防侧移槽钢架，防止偏移。

3.5提升架安装前，应在地面上试拼装，检测合格后，再分件运至筒顶正式安装。

3.6安装顺序为：斜支撑→下钢梁及径向连接杆件→上钢梁及导向架→吊起上钢梁→固定安装千斤顶→放下上钢梁使上钢梁落在千斤顶上面。

径向连接杆件就是上钢梁之间的径向连接杆或下钢梁之间的径向连接杆；采用工字钢制成；

导向架为n形框架，就是用三根16#槽钢，其中有两根较长，一根较短，三根16#槽钢焊接成n形。

附件1：水箱提升钢架计算书

水塔水箱自重350T=3500KN

共有36个吊点，每个吊点F=3500/36=97.2KN

每根简支梁上设3个吊点，吊装时考虑1.1的动力系数：F=1.1X97.2=107KN

1、验算千斤顶上方1/12简支钢梁

设计信息

钢梁钢材：Q235

梁跨度(m)：1.359

梁平面外计算长度(m)：2.600

钢梁截面：普通热轧槽钢背对背组合][:[22a肢间距:30

容许挠度限值[υ]:l/180=7.550(mm)

强度计算净截面系数：1.000

计算梁截面自重作用:计算

简支梁受荷方式:竖向单向受荷

设计依据

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

简支梁作用与验算

1、截面特性计算

A=6.3680e-003;Xc=9.2000e-002;Yc=1.1000e-001;

Ix=4.7878e-005;Iy=1.1409e-005;

ix=8.6700e-002;iy=4.2327e-002;

W1x=4.3520e-004;W2x=4.3520e-004;

W1y=1.2401e-004;W2y=1.2401e-004;

2、简支梁自重作用计算

梁自重荷载作用计算:

简支梁自重(KN):G=6.7935e-001;

自重作用折算梁上均布线荷(KN/m)p=4.9989e-001;

3、梁上恒载作用

4、单工况荷载标准值作用支座反力(压为正,单位：KN)

△恒载标准值支座反力

左支座反力 Rd1=160.722,右支座反力 Rd2=160.958

5、梁上各断面内力计算结果

△组合1：1恒+1活

6、简支梁截面强度验算

简支梁最大正弯矩(kN.m)：72.795(组合：1;控制位置：0.680m)

强度计算最大应力(N/mm2)：159.303<f=215.000

简支梁抗弯强度验算满足。

简支梁最大作用剪力(kN)：160.958(组合：1;控制位置：1.359m)

简支梁抗剪计算应力(N/mm2)：61.281<fv=125.000

简支梁抗剪承载能力满足。

7、简支梁整体稳定验算

平面外长细比λy：61.426

梁整体稳定系数φb：0.984

简支梁最大正弯矩(kN.m)：72.795(组合：1;控制位置：0.680m)

简支梁整体稳定计算最大应力(N/mm2)：169.945<f=215.000

简支梁整体稳定验算满足。

8、简支梁挠度验算

△标准组合：1.0恒

简支梁挠度计算结果:

最大挠度所在位置:0.679m

计算最大挠度:1.349(mm)<容许挠度:7.550(mm)

简支梁挠度验算满足。

2、验算千斤顶下方钢梁支架

简支梁上设三个吊点可知千斤顶支座的反力为2R=3F+F/2+F=4F

每个支座反力R=2F

支架计算主要依据:

《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001);

《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010);

《钢结构设计规范》(GB50017-2003);

总信息结构类型:构筑物

设计规范:按《钢结构设计规范》计算

活荷载计算信息:考虑活荷载不利布置

风荷载计算信息:不计算风荷载

钢材:Q235

梁柱自重计算信息:柱梁自重都计算

恒载作用下柱的轴向变形:考虑

梁柱自重计算增大系数:1.20

基础计算信息:不计算基础

梁刚度增大系数:1.00

钢结构净截面面积与毛截面面积比:0.85

钢柱计算长度系数计算方法:有侧移

钢结构阶形柱的计算长度折减系数:0.800

钢结构受拉柱容许长细比:300

钢结构受压柱容许长细比:150

钢梁(恒+活)容许挠跨比:l/400

钢梁(活)容许挠跨比:l/500

柱顶容许水平位移/柱高:l/500

地震作用计算:不考虑地震作用

窄行输出全部内容

节点坐标

柱关联号

----梁关联号----

标准截面信息

1、标准截面类型

(1)35,2[22a,0.010普通槽钢[]组合

(2)31,I14,普通工字钢截面I

柱布置截面号,铰接信息,截面布置角度

梁布置截面号,铰接信息,截面布置角度

梁号标准截铰接截面布梁号标准截铰接截面布

面号信息置角度面号信息置角度

2、标准截面特性

W2y

10.86700E-010.64935E-010.43520E-030.43520E-030.32746E-030.32746E-03

20.57500E-010.17300E-010.10170E-030.10170E-030.16100E-040.16100E-04

恒荷载计算

荷载参数2

恒荷载标准值作用计算结果

恒荷载作用下的节点位移(mm)

节点号. X向位移 Y向位移

2 0.2 0.3

活荷载计算

荷载参数2

活荷载标准值作用下的节点位移(mm)

节点号. X向位移 Y向位移

2 0.0 0.0

荷载效应组合计算

荷载效应组合及强度、稳定、配筋计算

钢柱 1

截面类型=31;布置角度=0;计算长度：Lx=2.62,Ly=2.62;长细比：λx=45.7,λy=151.7

构件长度=2.62;计算长度系数:Ux=1.00Uy=1.00

抗震等级:不考虑抗震

截面参数:I14普通工字钢

轴压截面分类:X轴:a类,Y轴:b类

构件钢号：Q235

验算规范:普钢规范GB50017-2003

强度计算最大应力对应组合号:7,M=0.01,N=-48.31,M=0.00,N=48.31

强度计算最大应力(N/mm*mm)=26.43

强度计算最大应力比=0.123

强度计算最大应力<f=215.00

拉杆,平面内长细比λ=46.≤[λ]=300

拉杆,平面外长细比λ=152.≤[λ]=300

构件重量(Kg)=44.30

钢柱 2

截面类型=31;布置角度=0;计算长度：Lx=2.38,Ly=2.38;长细比：λx=41.3,λy=137.3

构件长度=2.38;计算长度系数:Ux=1.00Uy=1.00

抗震等级:不考虑抗震

截面参数:I14普通工字钢

轴压截面分类:X轴:a类,Y轴:b类

构件钢号：Q235

验算规范:普钢规范GB50017-2003

翼缘容许宽厚比[B/T]=15.00

翼缘宽厚比B/T=3.40<[B/T]=15.00

拉杆,平面内长细比λ=41.≤[λ]=300

拉杆,平面外长细比λ=137.≤[λ]=300

构件重量(Kg)=40.08

钢柱 3

截面类型=35;布置角度=0;计算长度：Lx=1.52,Ly=1.52;长细比：λx=17.5,λy=23.4

构件长度=1.52;计算长度系数:Ux=1.00Uy=1.00

抗震等级:不考虑抗震

截面参数:2[22a普通槽钢组合[],d(mm)=10

轴压截面分类:X轴:b类,Y轴:b类

构件钢号：Q235

验算规范:普钢规范GB50017-2003

强度计算最大应力对应组合号:7,M=0.00,N=294.48,M=0.00,N=-293.26

强度计算最大应力(N/mm*mm)=54.40

强度计算最大应力比=0.253

平面内稳定计算最大应力(N/mm*mm)=47.34

平面内稳定计算最大应力比=0.220

平面外稳定计算最大应力(N/mm*mm)=48.24

平面外稳定计算最大应力比=0.224

强度计算最大应力<f=215.00

平面内稳定计算最大应力<f=215.00

平面外稳定计算最大应力<f=215.00

压杆,平面内长细比λ=18.≤[λ]=150

压杆,平面外长细比λ=23.≤[λ]=150。

4、钢绞线安装：按所需长度将钢绞线切割成段，两端进行锚头工序处理后，将钢绞线从水箱下环梁预埋套管中穿过，穿过锚具，将钢绞线挂住。钢绞线安装完毕，即可开始安装油泵及导线。

安装完毕的各条钢绞线松紧不一，应力相差很大，必须进行调整，使其应力趋于均衡。调整方法是将锚具套在伸出锚头的钢绞线上，专人用杠杆顺序撬紧，反复调整直到各线松紧一致为止。可用应力检测仪检查，也可用手直接拉摇钢绞线，以手感判定各线的松紧程度和受力情况。

千斤顶选择：水箱提升时千斤顶，选用12个额定起重量为100t行程为200mm，P=K*N/nF，

式中N为水箱总重，包括施工荷载等；

F为一个千斤顶的额定起重量,

n为拟选用千斤顶个数。通过计算确定千斤顶数量（安全系数≥3）。

P=3*350/100*12=87.5t，满足起重要求。

千斤顶12台，规格型号是BM-100TX200。

电动油泵选择：选用液压油泵GBY-63Mpa两台，经过一拖六千斤顶给每台千斤顶供油，油泵压力为额定63MPa。

卷扬机1台，规格型号是3T。主要用于提升和拆除作业时物件垂直运输。

操作注意事项：

1、提升钢架须注意接触面严密，高低不平处须用用垫铁垫平并将其可靠焊接。

2、钢绞线应用砂轮切割机切断，拆除钢绞线时可用气割割断，割断后，需将端头处用细铁丝绑紧。

3、水箱下环梁的吊点锚具锁紧前，每根钢绞线应基本拉紧到同一程度，夹片完全夹紧。

4、提升钢架上液压系统安装完毕后应进行试运转，先充油排气，然后加压至20N/mm2，每次持压5min，重复3次后检查各密封处是否渗漏，待各部工作正常后接通千斤通。

5、提升时发现千斤顶不同步或钢绞线有松动时应及时调整进油量控制千斤顶升差。

6、第一次提升时，以水箱离支点200mm时停止24h，以观察此阶段是否有异常现象。

7、提升过程中，须随时察看水箱的水平度，发现不平随即调平。提升结束后应检查各锚固牢靠，如有问题应及时锚紧。并用木楔把水箱下环梁与筒身之间空隙楔紧，水箱下环梁用钢支撑固定。

8、为使2台油泵同步工作，每个千斤顶旁固定一根标尺，在千斤顶活塞顶上设一指针对准标尺。活塞向上顶升时指针随时指出提升高度，根指针高差相差达10mm时，应随时调节千斤顶进油量，以控制千斤顶行走速度。

施工技术要求

1、所有钢结构部分（包括提升架、吊环等）的焊接必须由具有焊接合格证的焊工焊接，并应由检查员签字方可投入使用；

2、各部检查确认无问题后，以1MPa的油压将松驰的钢绞线抽紧，然后进行加压提升，上升到200mm时停止，再次详细检查，24小时后，在确保无误的情况下方可继续升；

3、水箱提升时应尽量减小千斤顶回油所产生的冲击荷载；如果发现水箱偏斜，应在提升过程中，通过调整针形阀，减小偏高那面千斤顶的提升量，从而达到调平的目的；

4、水箱上升到规定标高还有50mm时，再进行一次严格精密的调平。到位后，应按图纸要求对水箱的水平度及对中情况进行仔细检查，并做好记录。

Claims

1.利用预应力钢绞线提升水塔1000m³水箱的方法，其特征是通过提升架将水塔1000m³水箱提升至设计高度，提升步骤是：

（1）在提升架下钢梁邻近千斤顶位置处制作刻度标志，用于提升时随时观察水箱的水平度；

（2）钢绞线数量计算，即钢绞线选用预应力钢绞线1x7-17.8-1860MPa，钢绞线使用根数n=KN/AR；

式中，K为吊装安全系数，不小于3；

N为水箱总重；

A为一根钢绞线的有效面积=191mm²；

R为钢绞线钢丝强度级别为1860MPa；

（3）将钢绞线从水箱下环梁预埋套管中穿过，穿过水箱下锚具，并将钢绞线挂住同时固定水箱下锚具；

（4）分别将下钢梁锚具安装在下钢梁上面、上钢梁锚具安装在上钢梁上面；并将钢绞线穿过下钢梁锚具、上钢梁锚具；

（5）千斤顶活塞顶升，水箱下锚具带动水箱上升，一个上升行程结束；千斤顶活塞下降，水箱下锚具同时锁紧钢绞线，上钢梁锚具松开，上钢梁锚具随之下降；

（6）不断重复步骤（5）直至水箱到设计标高；

所述提升架包括上钢梁、下钢梁、斜支撑，上钢梁设置在下钢梁的上方，上钢梁与下钢梁之间设置千斤顶，下钢梁焊接在斜支撑的上面，下钢梁与斜支撑之间成81度角；上钢梁放置在导向架内，通过千斤顶与下钢梁连接。

2.根据权利要求1所述的利用预应力钢绞线提升水塔1000m³水箱的方法，其特征是所述上钢梁由12根上横梁连接成12边形，相邻两根横梁之间通过千斤顶垫板连接。

3.根据权利要求1所述的利用预应力钢绞线提升水塔1000m³水箱的方法，其特征是所述下钢梁由12根下横梁连接成12边形，相邻两根横梁之间通过千斤顶垫板连接。