專(zhuān)利名稱：：一種建筑物構(gòu)件在滑移中的受力測(cè)評(píng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高爐等建筑物及其構(gòu)件在特定條件下的一種測(cè)評(píng)方法，特別是涉及建筑構(gòu)件在遷移中動(dòng)態(tài)受力的一種測(cè)評(píng)方法。
背景技術(shù)：
：高爐因運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，長(zhǎng)期在高溫條件下作業(yè)，爐體達(dá)到一代爐齡后，需要對(duì)其進(jìn)行更換。高爐更換是一項(xiàng)必不可少且龐大的作業(yè)工程項(xiàng)目。在傳統(tǒng)的更換中，基本上以原地拆卸更換安裝方式為主，這樣會(huì)耗時(shí)幾個(gè)月，幾個(gè)月中的停產(chǎn)將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。于是一種高爐滑移更換的新方法被提出，即將需拆換的高爐整體切割、提升、由搭建的臨時(shí)移動(dòng)裝置將需更換高爐整體滑移離開(kāi)原址，并將新的高爐部分再滑移至原址進(jìn)行安裝，其中許多工程、工作可以同步進(jìn)行，大大節(jié)省了更換、安裝時(shí)間。然而，建筑物及其構(gòu)件在滑移過(guò)程中，由于邊界條件的改變，引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布。部分構(gòu)件的應(yīng)力增加，有時(shí)甚至?xí)鹫麄€(gè)結(jié)構(gòu)的變形或倒塌破壞，存在嚴(yán)重的安全隱患。同樣其它種類(lèi)建筑物的滑移過(guò)程也存在既想加快滑移速度，又希望提高其滑移過(guò)程中安全性的問(wèn)題。為確保移動(dòng)過(guò)程中建筑物構(gòu)件的安全性，必須對(duì)各構(gòu)件和高爐建筑物進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)。目前已有多種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的檢測(cè)評(píng)價(jià)方法以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷的檢測(cè)工程實(shí)例，但對(duì)結(jié)構(gòu)整體移動(dòng)過(guò)程中的檢測(cè)分析與安全性評(píng)定方法的研究尚在探索中。因此，迫切需要提供一種建筑物及其構(gòu)件在滑移過(guò)程中受力的測(cè)評(píng)方法。曰
發(fā)明內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種高爐建筑物構(gòu)件在移動(dòng)過(guò)程的檢測(cè)及評(píng)定方法，旨在綜合現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)建筑檢測(cè)及評(píng)定方法，并結(jié)合結(jié)構(gòu)在更換過(guò)程中受力狀態(tài)3不停發(fā)生變化的特點(diǎn)，提出一套更加詳細(xì)具體的動(dòng)態(tài)安全性檢測(cè)評(píng)定方法，使得建筑物構(gòu)件在移動(dòng)過(guò)程的檢測(cè)與評(píng)定更加符合實(shí)際。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種建筑物構(gòu)件在滑移中的受力測(cè)評(píng)方法，包括呈桿狀的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按構(gòu)件的自重、與相鄰構(gòu)件連接方式和構(gòu)件承受的荷載進(jìn)行構(gòu)件相應(yīng)位置截面的受力及變形分析，其特征在于在進(jìn)行構(gòu)件兩端截面和中間跨中截面的受力及變形分析時(shí)，需考慮風(fēng)載及滑移時(shí)克服靜摩擦,力產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)。所述的風(fēng)力為1至10級(jí)，相應(yīng)的風(fēng)速(米/秒)見(jiàn)下表，產(chǎn)生的壓力(牛頓/厘米2)值以構(gòu)件迎風(fēng)面積計(jì)算、分析。風(fēng)力12345678910風(fēng)速0.3-1.51.6-3.33.4-5.45.5-7.98.0-10.710.8-13.813.9-17.117.2-20.20.8-24.424.5-28.4壓力5.63e-5~1.41e-31.6e-3~6.8e-37.23e-3~0.020.02~0.040.04~0.070.07~0.120.12~0.180.18~0.270.27~0.370.27~0.50移動(dòng)時(shí)克服的靜摩擦力F二GXf式中G為構(gòu)件重量(牛頓)、f為摩擦力系數(shù)、F為與滑移方向相反的力(牛頓)。由于風(fēng)力大于10級(jí)已不允許再進(jìn)行遷移，因此本方案不再列舉大于IO級(jí)相應(yīng)產(chǎn)生、計(jì)算的壓力值。對(duì)所述構(gòu)件的受力、變形結(jié)果，提出對(duì)構(gòu)件需做專(zhuān)項(xiàng)整治和/或技術(shù)處理和/或正常使用的意見(jiàn)。對(duì)所有所述構(gòu)件受力、變形結(jié)果的集合，提出建筑物不宜滑移、加固補(bǔ)強(qiáng)后滑移或可正?；频慕Y(jié)論。采用本技術(shù)方案，在原有靜態(tài)的受力分析基礎(chǔ)上疊加了動(dòng)態(tài)施加的力，更加符合真實(shí)情況，計(jì)算出的構(gòu)件節(jié)點(diǎn)、截面強(qiáng)度還原實(shí)際情況，予以正確判斷構(gòu)件在移動(dòng)條件下的安全性，不致產(chǎn)生滑移中發(fā)生意外。本技術(shù)方案也可適宜對(duì)建筑物構(gòu)件的設(shè)計(jì)，以經(jīng)受今后滑移中受力的需要。4所述建筑物的評(píng)價(jià)由各構(gòu)件的評(píng)價(jià)集合組成，最終提出建筑物不宜滑移、加固補(bǔ)強(qiáng)后滑移或可正?；频慕Y(jié)論和建議。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，采用本技術(shù)方案后，安全滑移，質(zhì)量保證水平^顯提高，對(duì)塌事件沒(méi)有再發(fā)生。本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)采用本技術(shù)方案，更加結(jié)合動(dòng)態(tài)實(shí)際工況分析、評(píng)價(jià)構(gòu)件及其建筑物的受力和變形情況，更加正確、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行滑移活動(dòng)，既避免了安全事故的產(chǎn)生，又經(jīng)濟(jì)地實(shí)行滑移，防止了過(guò)度的加強(qiáng)措施，節(jié)約了滑移活動(dòng)的時(shí)間，提高了建筑物、高爐等的利用效率。卿圖1為本發(fā)明建筑物構(gòu)件在滑移中的受力測(cè)評(píng)方法一種實(shí)施例高爐爐體框架測(cè)評(píng)高爐的正面框架示意圖；圖2為高爐框架側(cè)面示意圖；圖3為高爐框架平面布置示意圖。(S)具體實(shí)施方法下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案。某高爐上部設(shè)施(49.7米以上)整體拆除工程結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估。爐體鋼框架結(jié)構(gòu)概述現(xiàn)高爐鋼框架為單跨多層鋼框架結(jié)構(gòu)，分為下部框架、爐體框架和爐頂剛架。下部框架下部軸線尺寸為28.0mX28.0m，上部為21mX21m;爐體框架軸線尺寸為21mX21m;爐頂剛架下部軸線尺寸為21mX21m，頂部為21mX7m。高爐爐體位于爐體框架之中，頂部框架支承爐頂設(shè)備。本次大修，舊爐頂從46.3m以上全部更換，新?tīng)t頂全部安裝完成后再拆除舊爐體，更換新?tīng)t體。爐頂上部設(shè)施爐頂上部設(shè)施，包括煤氣上升管、下降管系統(tǒng)，無(wú)料鐘系統(tǒng)(先期拆除)、爐頂框架系統(tǒng)及裝料設(shè)備，總重約3200噸，高度為66m(從49.7m平臺(tái)計(jì))，該部分的重心位置約在距49.7m平臺(tái)20m高度處，四根煤氣上升管為承重結(jié)構(gòu)，屬高爐框架結(jié)構(gòu)的一部分。裝料設(shè)備重量經(jīng)爐殼傳給基礎(chǔ)，不作用在爐體鋼框架上?？紤]在大修拆除過(guò)程中需要保證爐頂系統(tǒng)更換過(guò)程的安全性，需對(duì)大修過(guò)程進(jìn)行安全性驗(yàn)算。根據(jù)業(yè)主要求，需要對(duì)舊爐頂系統(tǒng)整體拆除以及舊爐殼移出施工過(guò)程中的舊爐頂框架結(jié)構(gòu)、已有爐體框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和結(jié)構(gòu)安全性評(píng)定。檢測(cè)內(nèi)容變形檢測(cè)(1)撓度檢測(cè)、(2)垂直度檢測(cè)、(3)上升管殘余厚度檢測(cè)、(4)整體水平位移檢測(cè)、(5)整體垂直位移、(6)柱心水平位移、(7)尺寸復(fù)核。探傷檢測(cè)在對(duì)高爐框架柱、框架節(jié)點(diǎn)、上升管節(jié)點(diǎn)、上料通廊節(jié)點(diǎn)等四個(gè)部位分別進(jìn)行了超聲波、磁粉探傷。高強(qiáng)螺栓檢測(cè)對(duì)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行抗滑移系數(shù)、抗拉、軸力試驗(yàn)時(shí)，采用SM41材質(zhì)鋼板，用M22高強(qiáng)螺栓制作成試驗(yàn)板進(jìn)行模擬。表觀及損傷檢測(cè)驗(yàn)算分析軟件及方法結(jié)構(gòu)分析采用通用有限元軟件SAP20009.1.6進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模與分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體變形和構(gòu)件的強(qiáng)度與穩(wěn)定性進(jìn)行分析驗(yàn)算；根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定的方法與公式，采用手工驗(yàn)算框架結(jié)構(gòu)中加固構(gòu)件的強(qiáng)度與穩(wěn)定；采用有限元軟件ANSYS8.1進(jìn)行重要連接節(jié)點(diǎn)的精細(xì)分析。靜力彈性分析分別針對(duì)施工過(guò)程中的不同施工工況及不同荷載組合，驗(yàn)算舊爐頂系統(tǒng)及爐體框架的整體變形、構(gòu)件的變形、構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)連接受力狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。分析主要結(jié)果包括1)爐體框架(標(biāo)高46.3m以下的己有結(jié)構(gòu))(1)爐體框架各構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力；(2)爐體框架各構(gòu)件的強(qiáng)度校核；(3)爐體框架各構(gòu)件的穩(wěn)定性校核；(4)爐體框架的整體變形和穩(wěn)定性；(5)主要節(jié)點(diǎn)安全性驗(yàn)算。2)舊爐頂系統(tǒng)(標(biāo)高46.3m以上的已有結(jié)構(gòu))(1)舊爐頂系統(tǒng)各構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力；(2)舊爐頂系統(tǒng)各構(gòu)件的強(qiáng)度校核；(3)舊爐頂系統(tǒng)各構(gòu)件的穩(wěn)定性校核；(4)舊爐頂系統(tǒng)的整體變形和穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)建模分別建立舊爐頂系統(tǒng)、爐體框架以及滑移梁的計(jì)算模型。結(jié)構(gòu)分析工況工況1——舊爐頂系統(tǒng)頂升過(guò)程舊爐頂系統(tǒng)頂升過(guò)程中，需驗(yàn)算舊爐頂系統(tǒng)被頂起時(shí)，舊爐頂框架以及爐體框架的變形、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)的安全性。理論計(jì)算需要考慮頂升初始時(shí)刻可能在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的豎向動(dòng)力效應(yīng)。工況2——舊爐頂系統(tǒng)滑移過(guò)程在整個(gè)滑移過(guò)程中，需要驗(yàn)算舊爐頂系統(tǒng)的多個(gè)位置，根據(jù)施工方案，初步確定為以下幾個(gè)位置位置一舊爐頂系統(tǒng)開(kāi)始滑動(dòng)的位置；位置二舊爐頂系統(tǒng)重心位于爐體框架邊柱柱頂位置；位置三舊爐頂系統(tǒng)位于爐體框架結(jié)構(gòu)外側(cè)，在爐體框架柱中產(chǎn)生較大內(nèi)力的位置。1)位置一舊爐頂系統(tǒng)開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)需要驗(yàn)算舊爐頂框架的變形、構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)的傾覆。2)位置二7舊爐頂系統(tǒng)重心位于爐體框架邊柱柱頂位置，需要驗(yàn)算爐體框架的變形以及構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的安全性。3)位置三舊爐頂系統(tǒng)位于爐體框架結(jié)構(gòu)外側(cè)，在爐體框架柱中產(chǎn)生較大內(nèi)力的位置，此時(shí)需要驗(yàn)算爐體框架的變形以及構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的安全性。工況3——新?tīng)t頂框架安裝完成，舊爐殼移出爐體框架過(guò)程新?tīng)t頂框架安裝完成，上部和中部爐體分別懸掛在標(biāo)高46.3m及37.2m平臺(tái)，驗(yàn)算爐體框架結(jié)構(gòu)的變形以及構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)的安全性。舊爐體框架靜力彈性分析結(jié)果舊爐頂系統(tǒng)頂升過(guò)程舊爐頂系統(tǒng)頂升過(guò)程中，需對(duì)舊爐體框架的幾個(gè)受力狀態(tài)進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定以及結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算舊爐頂系統(tǒng)滑移過(guò)程新?tīng)t頂框架安裝完成，舊爐殼移出爐體框架過(guò)程節(jié)點(diǎn)有限元分析節(jié)點(diǎn)計(jì)算目的舊爐頂系統(tǒng)整體拆除以及舊爐殼移出施工過(guò)程中的舊爐頂框架結(jié)構(gòu)、己有爐體框架結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，對(duì)于這種大噸位舊爐殼移出施工過(guò)程目前尚無(wú)成熟工程經(jīng)驗(yàn)。因此，為確保施工過(guò)程安全可靠，采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)上述兩部分結(jié)構(gòu)中受力較大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析，為高爐系統(tǒng)改造施工過(guò)程中的框架結(jié)構(gòu)的安全性提出建議，并為其施工提供指導(dǎo)依據(jù)。節(jié)點(diǎn)的構(gòu)成計(jì)算節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)中的位置單元類(lèi)型節(jié)點(diǎn)分析中采用SHELL181單元，它適于分析由薄板以及中厚板組成的結(jié)構(gòu)。單元有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度，分別是沿x，y，z三個(gè)方向的平動(dòng)自由度和繞x，y，z三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。適用于線性分析、大轉(zhuǎn)動(dòng)以及大應(yīng)變非線性分析，亦適用于線彈性材料、彈塑性材料、蠕變以及超彈性材料。8單元的幾何模式如圖7.8所示。材料本構(gòu)關(guān)系與屈服準(zhǔn)側(cè)材料本構(gòu)關(guān)系取理想彈塑性模型，彈性模量E二2.06E5MPa，屈服強(qiáng)度^=345MPa，泊松比PRXY=0.3。屈服準(zhǔn)側(cè)本節(jié)點(diǎn)計(jì)算中，采用Mises屈服條件，它表示當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，材料開(kāi)始進(jìn)入塑性，態(tài)，用今式表示為2:Mises屈服條件考慮了中間主應(yīng)力對(duì)屈服的影響，說(shuō)明屈服和三個(gè)主應(yīng)力都有關(guān)系，主要適用于延性金屬材料。有限元模型按照節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)荷載和/或內(nèi)力，分別對(duì)節(jié)點(diǎn)模型施加荷載與約束反力。加載中，軸力按構(gòu)件截面上節(jié)點(diǎn)總數(shù)平均分配到每個(gè)節(jié)點(diǎn)，豎向剪力平均施加到腹板節(jié)點(diǎn)上，水平剪力平均施加到翼緣節(jié)點(diǎn)上；彎矩、扭矩轉(zhuǎn)換成力偶加在截面節(jié)點(diǎn)上，柱子的下部為固定端。由于節(jié)點(diǎn)1、2對(duì)稱，故采用一個(gè)有限元模型，但施加的荷載不同。節(jié)點(diǎn)在上述荷載作用下，最大應(yīng)力出現(xiàn)在上柱與節(jié)點(diǎn)連接處，最大應(yīng)力為219.54MPa(〈310MPa)滿足強(qiáng)度要求。'權(quán)利要求1.一種建筑物構(gòu)件在滑移中的受力測(cè)評(píng)方法，如桿狀結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按構(gòu)件的自重、與相鄰構(gòu)件連接方式和構(gòu)件承受的荷載進(jìn)行構(gòu)件相應(yīng)位置截面的受力及變形分析，其特征在于在進(jìn)行構(gòu)件兩端截面和中間跨中截面的受力及變形分析時(shí)，需考慮風(fēng)載及滑移時(shí)克服靜摩擦阻力產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力測(cè)評(píng)方法，其特征在于所述的風(fēng)力為1至10級(jí)，相應(yīng)的風(fēng)速(米/秒)見(jiàn)下表，產(chǎn)生的壓力(牛頓/厘米2)值以構(gòu)件迎風(fēng)面積計(jì)算、分析<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的受力測(cè)評(píng)方法，其特征在于移動(dòng)時(shí)克服的靜摩擦力F二GXf式中G為構(gòu)件重量(牛頓)、f為摩擦力系數(shù)、F為與滑移方向相反的力(牛頓)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受力測(cè)評(píng)方法，其特征在于對(duì)所述構(gòu)件的受力、變形結(jié)果，提出對(duì)構(gòu)件需做專(zhuān)項(xiàng)整治和/或技術(shù)處理和/或正常使用的意見(jiàn)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的受力測(cè)評(píng)方法，其特征在于對(duì)所有所述構(gòu)件受力、變形結(jié)果的集合，提出建筑物不宜整祐滑移、加固補(bǔ)強(qiáng)后滑移或可正?；频慕Y(jié)論。全文摘要本發(fā)明涉及建筑物構(gòu)件在滑移中動(dòng)態(tài)受力的一種測(cè)評(píng)方法。一種建筑物構(gòu)件在滑移中的受力測(cè)評(píng)方法，包括呈桿狀的建筑物構(gòu)件，按構(gòu)件的自重、與相鄰構(gòu)件的連接方式以及構(gòu)件承受的荷載進(jìn)行構(gòu)件兩端截面和中間跨中截面的受力及變形分析，分析時(shí)考慮風(fēng)載及滑移時(shí)克服靜摩擦阻力產(chǎn)生的動(dòng)力效應(yīng)。采用本技術(shù)方案，更加結(jié)合動(dòng)態(tài)實(shí)際工況現(xiàn)狀、評(píng)價(jià)構(gòu)件及其建筑物的受力和變形情況，更加正確、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行建筑物整體滑移活動(dòng)，既避免了安全事故的隱患或發(fā)生，又經(jīng)濟(jì)地實(shí)行滑移，防止了過(guò)度的加強(qiáng)措施，節(jié)約了滑移活動(dòng)的時(shí)間，提高了建筑物、高爐等的利用效率。文檔編號(hào)G01L1/00GK101672702SQ20081004295公開(kāi)日2010年3月17日申請(qǐng)日期2008年9月12日優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日發(fā)明者余加坤,曉劉,包朝亮,張立華,羅永峰,奡薛,趙智勇申請(qǐng)人:上海寶冶工程技術(shù)有限公司