液壓爬模技術及應用

李明慶，王芳初，王海軍，李國良

（浙江通達鋼模有限公司，浙江 湖州 313219）

爬模是利用附著在已澆筑成型的建筑結構上的爬升機構，隨建筑結構逐層升高施工的一種模板工藝。液壓爬模技術綜合了大模板和滑動模板的優點，采用模板與爬模架聯體同爬技術，目前已廣泛應用于索塔、高墩、高層建筑工程和橋梁工程等[1]。

某塔樓結構高為175 m，采用框筒結構型式。由于爬模系統外圍采用全封閉圍護，擋風系數取值為1，其所受風荷載成為結構的主導荷載，普通腳手架體系難以滿足受力要求。因此設計開發了新型桁架式液壓爬模系統。由于風荷載對本項目的爬模系統有著關鍵的影響，結構的分析必須在不同情況下的風荷載作用基礎上進行。

本文將分析液壓爬模系統在自重、風荷載、施工荷載及模板荷載等作用下結構的力學響應。

1 桁架式液壓爬模結構方案

桁架式液壓爬模主體結構主要有操作平臺系統、模板系統、爬升機械系統、液壓動力系統和自動控制系統這5個部分組成[2]，如圖1所示。

圖1 桁架式液壓爬模系統構成

2 有限元模型

2.1 材料及單元的選擇

根據液壓爬模系統的實際結構，材料選用Q235，主要設計參數如下：

鋼彈性模量Es=2.06×105MPa；

材料容許應力[σ]=215 MPa。

結構構件等選用一般梁單元模擬，主平臺鋼板采用板單元模擬。模型嚴格按照結構真實截面進行模擬。

2.2 模型建立[3]

液壓爬模結構豎向受力，主要由承重掛鉤承受；水平風荷載，由承重掛鉤和下部撐腿共同承受。在爬模正常工作狀態下，頂部增加拉結點，可以明顯降低承重掛鉤的水平受力，改善結構的受力體系。

在爬升工況下，液壓爬模承重掛鉤和下部撐腿通過限位裝置沿著導軌爬升，共同承受水平荷載；豎向荷載由防墜裝置承受。

本工程爬模最大跨度為12 m，因此，計算模型單元寬度按最不利情況取12 m。采用Midas gen Ver.730建立的有限元模型如圖2。

圖2 液壓爬模有限元模型

3 計算結果

以工況一（8級風正風壓）的工作狀態為例。

3.1 應力計算結果

液壓爬模結構在本工況下的最大組合應力為-155.6 MPa，位于綁筋操作架小梁處，其中主要承重構件最大應力為-142.1 MPa，位于機位位置主桁架大梁上，如圖3所示。

圖3 工況一組合應力圖

3.2 變形計算結果

液壓爬模結構在本工況下的最大變形為4.43 cm，滿足要求，位于爬模頂端，如圖4。

圖4 工況一變形圖

3.3 系統在不同工況下的力學性能

通過同樣計算，得到桁架式液壓爬模系統在不同工況下的力學性能見表1。

表1 各工況下的結構響應

4 結束語

通過以上對新型桁架式液壓爬模系統，在200 m高度不同工況的計算分析，可以得出如下結論：

（1）通過采用桁架結構作為主要受力構件，極大地提高了結構的承載能力，增加了結構的整體剛度，改善了結構的穩定性。

（2）在8級風作用下最大應力為197.9 MPa，最大變形為5.52 cm，滿足承載力和正常使用要求。相比傳統提升腳手架系統，避免了大風情況下無法正常施工，甚至需要清除多余荷載等問題，大大提高了施工效率，節約了工期。

（3）在10級風環境下，在爬模上部的作業層必須增加拉結，其最大應力-200.4 MPa，最大變形2.97 cm，滿足承載力和變形要求。

[1]龍 瓊，張 剛.液壓爬模系統的構造及應用[J].重慶交通學院學報，2006，25（3）：26-31.

[2]顧國明，夏衛慶，唐建飛，陸 云.閔浦大橋液壓爬模系統的設計[J].建筑機械化，2007，(10)：31-33.

[3]周海兵.液壓爬模系統有限元分析[J].山西建筑，2011，37（13）：36-38.