既有结构作为塔吊基础的安全影响分析

既有结构作为塔吊基础的安全影响分析

许力生

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摘要：为避免塔吊结构采用临时桩基承台基础造成的浪费，结合某桥梁工程，采用有限元分析模型，对以悬臂现浇梁体顶板为基础的塔吊结构安全性进行分析，论证利用既有结构作为塔吊基础的合理性。

关键词：既有结构；塔吊；基础；安全；桥梁

传统塔吊使用过程中临时性桩基承台式塔吊基础的高成本投入一直广受诟病。随着既有结构作为塔吊基础应用概念的提出及发展，永临结合塔吊基础形式愈发多样化，屋顶、钢结构、底板、地库筏板、悬臂现浇0#块梁体等既有结构上塔吊应用成功案例也越来越多；但以既有结构作为塔吊基础对主结构安全性影响仍处于模糊的探索阶段。本文主要采用有限元分析模型，对以悬臂现浇梁体顶板为基础的塔吊结构安全性进行分析。

1工程概况

某大桥跨河段悬臂现浇0#块梁高3.7m，桥面宽12.50m，在0#块上张拉T1、WC1预应力钢绞线与底部承台临时固结形成刚性连接。实施过程中在0#块梁体顶板安装70m臂、19.65m高的塔吊，其中：桥墩0#块混凝土结构基础尺寸3.0m×3.0m×3.7m；临时固结结构为4个钢管混凝土立柱，每个含10根930MPa的JL32精轧螺纹钢，张拉合力6360kN，长边间距5.5m、短边间距4.72m。见图1。

图1悬臂现浇0#块顶板塔吊基础

2塔吊基础与主结构模型

2.1模型建立

采用MidasCivil有限元分析软件，按照0#块结构尺寸建立有限元模型，对塔吊布置在0#块上进行模拟分析。主梁、墩身、承台及钢管混凝土立柱采用梁单元模拟，钢管混凝土立柱与主梁和承台之间采用刚性连接，承台底采用一般支撑固结。见图2。

图2塔吊基础与主结构有限元模型

通过对自重、预应力、挂篮及塔吊在不同工作形式下的受力情况，对0#块梁体进行受力分析。

2.2计算参数

0#块梁体自质量519.2t,施工挂篮自质量93.4t。塔吊工作状态垂直荷载为1095.1kN，水平力为33.4kN，弯矩为2528.4kN·m，扭矩为395.7kN·m；塔吊非工作状态垂直荷载为823.5kN，水平力为89.5kN，弯矩为1623.6kN·m，扭矩为0。

30#块梁体受力分析

3.1塔吊工作状态

在有限元模型中施加塔吊垂直荷载1095.1kN、水平力33.4kN，弯矩2528.4kN·m，扭矩395.7kN·m，挂篮施加垂直荷载934kN。

0#块在塔吊工作状态下上缘最大压应力为0.91MPa，下缘最大拉应力为0.41MPa；主梁混凝土为C50，其抗拉强度标准值ftk为2.65MPa，抗压强度标准值fck为32.4MPa。根据JTG3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第7.2.8条，压应力6ce≤0.70fck=0.7×32.4=22.68(MPa)，拉应力6et≤1.15ftk=1.15×2.65=3.05(MPa)。在塔吊工作状态下弯矩为5650.08kN·m＞0，无拔力，竖向最大变形0.4mm，纵桥向最大变形0.18mm。见图3-图5。

图4塔吊工作状态下0#块弯矩

图3塔吊工作状态下0#块应力图                 5塔吊工作状态下0#块变形

综上，0#块在塔吊工作状态下，其上下缘最大压应力、最大拉应力均在规范限值范围内，不会对0#块结构造成破坏；弯矩＞0，整体变形较小，稳定性满足要求。

3.2塔吊非工作状态

在有限元模型中施加塔吊垂直荷载823.5kN、水平力89.5kN、弯矩1623.6kN·m、扭矩0，挂篮垂直荷载934kN。

0#块在塔吊非工作状态下上缘最大压应力为0.91MPa，下缘最大压应力为0.41MPa。在塔吊非工作状态下弯矩为5098.63kN·m，无拔力；在塔吊非工作状态下竖向最大变形1.12mm，纵桥向最大变形1.11mm。见图6-图8。

图7塔吊非工作状态下0#块弯矩

图6塔吊非工作状态下0#块应力               图8塔吊非工作状态下0#块变形

综上，0#块在塔吊非工作状态下，上下缘最大压应力、最大拉应力均在规范限值范围内，不会对0#块结构造成破坏，弯矩＞0，整体变形较小，稳定性满足要求。

3.3现有受力分析的局限性

现行既有结构作为塔吊基础的结构受力安全性验算仅从主结构拉应力、压应力、弯矩、变形方面对结构进行分析，对于主结构抗剪切破坏，尤其是薄弱位置局部破坏未能全面考虑。依照Midas/Civil有限元软件验算模式推定，即使建立主结构实体模型进行抗剪切应力分析，也仅能验算全截面整体剪应力，对局部薄弱位置结构的破坏性情况无法兼顾。

JTG3362—2018在现有受力分析方法的基础上增加主结构抗剪切应力分析，辅以局部承压构件承载力模拟验算，能够更严谨、全面的对主结构进行结构安全性受力分析，更好地保证结构安全及稳定。

4结语

在现行既有结构作为塔吊基础对主结构安全性影响分析方法基础上，补充建立结构实体模型进行剪应力分析，辅以局部承压构件承载力模拟验算，使结构受力分析方法更加严谨全面。

参考文献

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[2]高墩现浇连续梁施工塔吊的选型与施工工艺[J].卓强.中华建设.2021(06)

[3]塔吊在外海码头施工应用中的安全管理措施[J].赖朝晖.工程建设与设计.2018(04)