淺析施工升降機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與有限元

1、<p>　　淺析施工升降機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與有限元</p><p>　　摘要：隨著高層建筑的增多，施工升降機(jī)已逐漸替代物料提升機(jī)，成為工程后期運(yùn)送人員和物料的主要的設(shè)備。本文主要對(duì)施工升降機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與有限元進(jìn)行了分析，，供土建施工人員、設(shè)備管理人員參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：施工升降機(jī)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；有限元分析； </p><p>　　中圖分類號(hào)： TH21

2、1+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　0.引言 </b></p><p>　　施工升降機(jī)又稱為建筑用施工電梯，是建筑施工中經(jīng)常使用的載貨和載人的運(yùn)輸機(jī)械施工升降機(jī)，主要由導(dǎo)軌架附墻架吊籠和安全機(jī)構(gòu)組成。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，高層超高層建筑不斷涌現(xiàn)，施工升降機(jī)的需求量大增，同時(shí)對(duì)施工升降機(jī)的設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。因此，一種良好的基礎(chǔ)設(shè)

3、計(jì)對(duì)于保障施工升降機(jī)的質(zhì)量有著重大意義。 </p><p>　　1.工程相關(guān)概述與理論 </p><p><b>　　1.1工程背景 </b></p><p>　　目前，在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)二次結(jié)構(gòu)和裝修施工階段廣泛使用的施工升降機(jī)，大多沒(méi)有適宜、可靠的基礎(chǔ)來(lái)滿足承載能力要求。為今后能夠在工程中選用經(jīng)濟(jì)合理的施工升降機(jī)基礎(chǔ)，本文以保定秀蘭尚城高層住宅

4、小區(qū)工程和某飯店改擴(kuò)建工程為背景，進(jìn)行了深入的研究和分析。 </p><p>　　1.2施工升降機(jī)極限狀態(tài)的概述 </p><p>　　在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需先闡明極限狀態(tài)的概念。 </p><p>　　從安全可靠的角度出發(fā)，結(jié)構(gòu)從開(kāi)始承受荷載直至破壞所處的階段或狀態(tài)，可以劃分為有效狀態(tài)和失效狀態(tài)二類。所謂有效狀態(tài)，是指結(jié)構(gòu)能有效地、安全可靠地工作，得以完成預(yù)定的各

5、項(xiàng)功能；反之，結(jié)構(gòu)失去完成預(yù)定功能的能力，不能有效地工作，則處于失效狀態(tài)。失效狀態(tài)不僅包括因強(qiáng)度不足而喪失承受荷載的能力，或是結(jié)構(gòu)發(fā)生傾覆滑移、喪失穩(wěn)定等情況，而且還包括結(jié)構(gòu)的變形過(guò)大、裂縫過(guò)寬而不適于繼續(xù)使用等情況。 </p><p>　　2.施工升降機(jī)基礎(chǔ)有限元分析 </p><p>　　2.1鋼筋混凝土建模方法概述 </p><p>　　通過(guò)有限元對(duì)施工升降機(jī)

6、基礎(chǔ)承載過(guò)程進(jìn)行分析，其重點(diǎn)及難點(diǎn)在于如何建立鋼筋混凝土有限元模型。通常的建模方法有兩種，一種為將鋼筋混凝土視為一種材料的整體式建模方法，另一種為鋼筋和混凝土分別建立的分離式建模方法。 </p><p>　　整體式建模方法的模擬方式為：(1)把鋼筋混凝土作為一種材料，采用雙線性模型來(lái)模擬；(2)采用“疊加原理”把鋼筋和混凝土的剛度和強(qiáng)度以某種形式進(jìn)行加和，來(lái)作為整個(gè)材料的剛度和強(qiáng)度。雖然上述方法在處理某些鋼筋混凝

7、土模擬的問(wèn)題上可以達(dá)到合適的效果，但是它很難對(duì)不同配筋形式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，更不能對(duì)鋼筋與混凝土相互作用的復(fù)雜行為進(jìn)行刻畫(huà)。因此對(duì)于本文所述問(wèn)題，需要采用分離式建模方法。對(duì)于配筋情況較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，如果采用共用節(jié)點(diǎn)方法建立有限元模型，將會(huì)造成有限元模型網(wǎng)格單元的細(xì)化。從而加大計(jì)算的物理時(shí)間。所以本文選擇耦合法作為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的模擬方法。 </p><p>　　2.2單元類型選取 </p>

8、<p>　　本文采用的鋼筋混凝土建模方法為“分離式”建模方法。此時(shí)需要對(duì)鋼筋及混凝土分別進(jìn)行模擬。由于同一構(gòu)件中，鋼筋和混凝土所占的體積相差懸殊，兩種材料的物理力學(xué)性能差別較大，所以選擇合適的單元對(duì)不同材料進(jìn)模擬非常關(guān)鍵。 </p><p>　　ABAQUS軟件提供了多種單元類型。其中對(duì)于體構(gòu)件通常采用C3D8單元進(jìn)行模擬，對(duì)“線”狀構(gòu)件采用B31梁?jiǎn)卧M。C3D8單元為8節(jié)點(diǎn)線性單元，采用全積分

9、，具有較高的準(zhǔn)確度及效率，因此對(duì)混凝土部分采用實(shí)體單元模擬。B31單元為3節(jié)點(diǎn)線性單元，由于鋼筋在構(gòu)件中占有的體積相對(duì)較小，因此鋼筋部分采用B31單元模擬。 </p><p>　　2.3本構(gòu)模型選取 </p><p>　　為了達(dá)到模擬準(zhǔn)確的目的，選擇適當(dāng)?shù)牟牧媳緲?gòu)也是非常重要的。ABAQUS提供了大量的本構(gòu)模型。其中混凝土采用Mor-coulom本構(gòu)模型模擬，該模型通過(guò)帽模型刻畫(huà)混凝土的破

10、壞面。其材料參數(shù)如表6-1所示。鋼筋采用Plastic_Kenematic本構(gòu)模型模擬，該模型為雙線性模型。其材料參數(shù)如表6.2所示。 </p><p>　　表6-1混凝土材料參數(shù)表 </p><p>　　表6-2鋼筋材料參數(shù)表 </p><p>　　2.4有限元模型建立 </p><p>　　基于有限元軟件Hypermesh前處理方面的優(yōu)勢(shì)

11、，選用Hypermesh對(duì)上述鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行建立。由于所涉及結(jié)構(gòu)是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此只需建立1/4模型，并在對(duì)稱面上施加對(duì)稱邊界條件。由于基礎(chǔ)在本分析中對(duì)結(jié)構(gòu)的影響有限，因此并未建立基礎(chǔ)，僅約束柱子底部節(jié)點(diǎn)的所有自由度。梁和柱中混凝土實(shí)體單元通過(guò)共用節(jié)點(diǎn)作用到一起，模型中沒(méi)有建立升降機(jī)，升降機(jī)對(duì)于下部結(jié)構(gòu)的沖擊作用通過(guò)直接施加力來(lái)實(shí)現(xiàn)，建立好的模型。并采用噸、毫米、秒為基本單位。在單元尺寸選擇方面，為了盡可能提高精度并節(jié)省計(jì)算物

12、理時(shí)間，實(shí)體單元和梁?jiǎn)卧W(wǎng)格尺寸選定為50mm。 </p><p><b>　　2.5計(jì)算設(shè)置 </b></p><p>　　為了使計(jì)算易于收斂，加載過(guò)程分為兩個(gè)加載，并采用較小的計(jì)算步長(zhǎng)及較大的迭代終止次數(shù)步。其中加載過(guò)程第一步為模型施加重力，第二步為結(jié)構(gòu)施加升降機(jī)集中荷載；計(jì)算步長(zhǎng)初始值定義為1E-7秒，最大值為1E-4秒。迭代終止次數(shù)為超過(guò)100次停止。 <

13、;/p><p>　　2.6鋼筋單元軸向應(yīng)力 </p><p>　　鋼筋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中拉力的主要承擔(dān)者，鋼筋的內(nèi)力可以反映鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載情況。結(jié)構(gòu)承受升降機(jī)荷載時(shí)，鋼筋單元軸向應(yīng)力云圖，應(yīng)力的分布直觀反映出結(jié)構(gòu)主要的拉壓區(qū)域。其中軸向應(yīng)力最大值為102MPa，位于樓板中部下皮處。由于該處鋼筋采用三級(jí)鋼，因此未超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度。 </p><p><b

14、>　　3.結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　施工升降機(jī)是高層建筑施工中，解決垂直運(yùn)輸問(wèn)題的關(guān)鍵設(shè)備，而施工升降機(jī)在安裝之前，必須為其提供穩(wěn)定、可靠的基礎(chǔ)。本文以某飯店改擴(kuò)建工程為背景，對(duì)布置在現(xiàn)有建筑物上的施工升降機(jī)，采用彈性地基梁的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并采用有限元的方法對(duì)所設(shè)計(jì)的施工升降機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)證。此外，本文所設(shè)計(jì)的施工升降機(jī)基礎(chǔ)已在某飯店改擴(kuò)建工程中成功應(yīng)用，并取得了較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效

15、果。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]李亮，魏麗敏.基礎(chǔ)工程[M].中南大學(xué)出版社.2011 </p><p>　　[2]侍倩.高層建筑基礎(chǔ)工程[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社(環(huán)境科學(xué)與工程出版中心).2012 </p><p>　　[3]陳天愚，張克緒，單興波.彈性地基梁的修正剛