本文是一篇土木工程论文，本文以某 26m直径粮仓扩建工程为依托，首先对大直径筒仓仓顶施工中钢桁架支撑平台的受力状况进行了监测，然后通过有限元软件进行数值模拟与对比分析，针对支撑平台利用率低的缺点。
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
筒仓是贮存散料的立式容器，因其具有占地面积小、贮存空间大、空间利用率高等特点广泛应用于农业、矿业和煤炭等领域，随着社会经济与科研技术的不断提高，筒仓的规模不断扩大，从单仓仓容几百吨、几千吨发展到数万吨，应用形式有单仓、群仓等多种组合。筒仓根据材料可分为钢结构筒仓和钢筋混凝土结构筒仓，钢结构筒仓不仅施工周期短、施工成本低，并且具有良好的散热性能，随着近些年钢结构的快速发展，许多学者对钢结构筒仓进行了相关研究[1-7]，使得钢结构筒仓应用愈加广泛[8]。钢筋混凝土结构筒仓通常由基础、仓壁和仓顶等部分构成，不仅具有贮存容量高，使用周期长等优点，且具有很好的耐久性和抗腐蚀性，运行成本低。目前，钢结构筒仓和混凝土结构筒仓均得到了广泛的应用。但对于使用周期长，贮存的物料具有一定化学腐蚀性的筒仓，一般采用钢筋混凝土结构筒仓[9]。
自21世纪开始，随着我国经济建设快速发展，工业化建设不断加快，筒仓正在向着跨度更大、高度更高、容量更大的方向发展，这给筒仓仓顶施工带来了极大挑战。尽管筒仓施工技术随着经济发展有了很大提高，但在混凝土筒仓仓顶施工中，仍然存在一些问题，例如施工工作量大、高处悬空作业危险性较高、施工过程中对作业区域限制较多、工人的人身安全存在一定风险，因此，钢筋混凝土结构筒仓仓顶施工仍是目前的施工难点。
近十几年来，为了解决筒仓仓顶施工的难题，相关学者陆续提出了不同形式的支撑平台[10-13]。支撑平台是为筒仓仓顶脚手架与模板提供支撑，并承担仓顶混凝土浇筑所产生荷载的临时支撑结构。使用支撑平台进行施工时，通常在筒仓底部对支撑平台进行安装，通过提升装置提升至仓顶固定后，在其上方搭设脚手架进行仓顶混凝土施工，待仓顶混凝土达到设计强度后，将施工支撑平台降至地面拆除。使用此法施工不仅可以避免大规模脚手架的搭设，节省大量人力和周转材料，而且可以大幅降低施工周期，节约施工成本，取得了良好的经济效益和社会效益。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外对筒仓研究较早，自19世纪开始，西方国家就已经开始了筒仓的建设，随着工业技术的不断发展，人们对于能源的需求日益增强，煤炭、粮食等散装物料的贮存量也得到了迅速增长，这对筒仓物料的贮存量提出了更高要求。为保证筒仓结构的安全性能，提高筒仓的施工效率，国外对筒仓设计及滑模施工技术进行了大量研究，而对筒仓仓顶支撑平台研究较少。
在国外筒仓修建初期，由于筒仓施工技术较为低下，筒仓直径普遍偏小。20世纪初，随着滑模施工技术的出现，筒仓的施工水平得到提升，大直径筒仓陆续出现，然而，此时的滑模施工技术的动力主要通过手动提升千斤顶实现，施工中仍存在一些缺点，如施工质量难以控制，施工速度较慢等问题。1943年，AB Bygging以滑模施工技术为基础，提出了中央式控制滑模系统[14]，改变了滑模施工主要依靠人力的问题，极大地促进了滑模施工工艺的发展，提高了筒仓的建设效率和施工质量，在后续筒仓工程中得到了广泛应用。Tarek Zayed等[15]考虑了滑模装置顶升速率、浇筑方法、混凝土凝固时间等影响建造效率的几个因素，提出了滑模施工的生产率模型，并通过实际的工程案例证明了模型的精度，提高了建设效率。
Michal S. Zakrzewski [16]根据以往参与筒仓项目设计经验，对筒仓设计过程和常用计算公式进行了回顾，并提出设计时应考虑实际施工状况。Ernani C de Araújo等[17]通过数值分析和试验对仓顶进行了研究。D Briassoulis [18]分析了筒仓壳体在非对称压力分布下的应力状况，并提出筒仓结构在设计时应考虑由储存材料堆积对壳体产生非对称压力的影响。
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第2章 钢桁架支撑平台施工监测
2.1 工程概况
2.1.1 工程简介
本工程为广东省某筒仓扩建工程，拟建5-10号筒仓，建筑高度为55.9m，装粮高度42.3m，筒仓内径26m，单仓仓容16800t，如图2-1所示。筒仓仓壁为钢筋混凝土结构，仓壁壁厚320mm；仓顶由钢筋混凝土斜锥壳和钢筋混凝土平屋顶构成，斜锥壳板厚为200mm，与水平面夹角30°，斜锥壳底部和仓壁底环梁连接，底环梁截面尺寸为500×900mm，平屋顶板厚为120mm，平屋顶和斜锥壳通过上环梁连接，上环梁直径6.1m，截面尺寸为600×1200mm，见图2-2。
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2.2 监测方案
2.2.1 监测目的
本文对10号筒仓仓顶施工过程进行了监测。根据工程要求和本文研究内容，本次施工监测目的如下：
(1) 通过对钢桁架支撑平台在吊装及固定、浇筑斜锥壳混凝土和浇筑平屋顶混凝土过程中的应力变化进行监测，得到杆件的受力特性和变化规律，并根据施工实测情况指导现场施工，当应力过大时及时提出预警。
(2) 通过对监测数据进行处理分析，分析钢桁架支撑平台杆件在施工过程中的应力变化趋势，并找出杆件应力最大值及出现最大应力的施工阶段。 (3) 通过现场监测，全面了解钢桁架支撑平台的内力状况，为验证有限元模拟提供数据参考。
2.2.2 测点布置
应变传感器：本工程钢桁架支撑平台由28榀辐射钢桁架构成，为使测试结果具有代表性，尽可能真实反映出钢桁架支撑平台主要受力杆件的受力状况，并考虑施工过程中的施工工序，在28榀辐射钢桁架中选取互成120°角的3榀辐射钢桁架作为代表桁架，以下称为A区、B区和C区，见图2-7。对于A区和B区，测点布置在斜梁上下翼缘、大支撑和拉索上，C区测点布置在平梁上，共计10个测点，每个测点布置两个应变片，应变片测点布置位置见表2-2，应变片用“S”表示。本次监测选用的仪器为DH3819型无线静态应变测试系统。进行应变片粘贴前，提前对选定位置进行打磨清理，并在表面涂抹一层薄薄的胶水用来绝缘，由于本次监测工作持续时间较长，粘贴完应变片后需涂抹AB胶并缠上数圈绷带缠紧，以对应变片起充分的保护作用。
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第3章 钢桁架支撑平台有限元分析 .............................. 25
3.1 钢桁架支撑平台吊装阶段 ························· 25
3.1.1 有限元模型的建立 ··························· 25
3.1.2 本构关系 ···························· 25
第4章 模块化空间钢桁架支撑平台优化与设计 ..................................... 33
4.1 空间钢桁架支撑平台构成 ···························· 33
4.1.1 空间钢桁架支撑平台组成 ······················ 33
4.1.2 模块化设计 ······························ 35
结论 .......................... 57
第4章 模块化空间钢桁架支撑平台优化与设计
4.1 空间钢桁架支撑平台构成
4.1.1 空间钢桁架支撑平台组成
图4-1为空间钢桁架支撑平台示意图，空间钢桁架支撑平台由中心环、辐射管桁架、拉索和环向支撑构成，各构件简介如下：
土木工程论文参考
(1) 辐射管桁架
辐射管桁架由上弦杆、下弦杆、腹杆、支撑杆和加强杆（由于支座处受力较大，将支座处斜腹杆截面进行加强）构成，是空间钢桁架支撑平台的主要受力构件。辐射管桁架的尺寸是影响空间钢桁架支撑平台承载能力的主要因素之一，相关学者[44-51]研究表明，随着管桁架的高度变高，管桁架的承载能力会随之增大，竖向挠度随之减小，但考虑到耗钢量等经济指标，管桁架高度不宜超过1.5m，综合考虑其承载能力、竖向挠度和耗钢量，最终确定辐射管桁架高度和宽度为1.25m。
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结论
本文以某 26m直径粮仓扩建工程为依托，首先对大直径筒仓仓顶施工中钢桁架支撑平台的受力状况进行了监测，然后通过有限元软件进行数值模拟与对比分析，针对支撑平台利用率低的缺点，本文提出一种空间钢桁架支撑平台并进行了优化和设计，最后给出了施工工艺流程，为类似研究提供了一些参考，本文主要结论如下：
(1) 在钢桁架支撑平台的提升过程中，由于支撑平台有一定程度的倾斜，测点应力变化波动较大，最大稳定应力比为0.25；浇筑斜锥壳混凝土阶段，各测点中最大稳定应力比为0.39，此阶段为钢桁架支撑平台主要受力阶段；浇筑平屋顶混凝土阶段，各测点应力变化在-18~15MPa之间，荷载主要由硬化后的斜锥壳承担，钢桁架支撑平台受力很小。
(2) 利用有限元软件ABAQUS建立了钢桁架支撑平台有限元模型，经对比发现，在钢桁架支撑平台的吊装阶段，由于吊装过程中支撑平台出现了一定的倾斜，导致模拟值相比于实测数据偏小；在浇筑斜锥壳混凝土阶段，模拟值和实测值吻合良好，表明可使用有限元方法对钢桁架支撑平台进行受力性能研究。
(3) 提出了一种可模块化的空间钢桁架支撑平台，通过模块化设计，使其可以在18m、24m、26m、28m、32m和34m直径筒仓仓顶施工中使用，并通过设置不同规格的中心环，有效缓解了筒仓直径变小时空间钢桁架支撑平台耗钢量较大的问题，相较于本工程中采用的钢桁架支撑平台，空间钢桁架支撑平台性能更优，耗钢量更少。
(4) 随着空间钢桁架支撑平台直径的减少，结构稳定应力比和竖向位移呈下降趋势，在同等直径下，偏心荷载对空间钢桁架支撑平台受力更为不利。
(5) 对空间钢桁架支撑平台进行了节点设计，并制定了对应的施工工艺，为空间钢桁架支撑平台的应用提供一定的参考。
参考文献（略）