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φ48×3.5鋼管支撐杆承載能力

工地上使用的直徑48mm,壁厚3.5mm的鋼管立杆,一根能承受多大的力?

針對上以問題,我們作了下面的回答:

  • 優質解答

  • 當鋼管步距爲1500mm,此時計算長度L0=1500mm,回轉半徑i==15.78mm,則有:
    長細比λ=L/i=,1500/15.78=95
    經查閱資料得穩定系數φ=0.512,
    容許荷載[N]=φAf=0.512×489×205=51325N=5.13噸

  • 詳細的分析如下:Ф48×3.5鋼管支承杆的承載能力

一、現行規範的不适應
要在滑模工程中推行大噸位液壓滑模千斤頂首先必須解決鋼管支承杆的承載能力計算問題。支承杆從Ф25鋼筋換成Ф48×3.5鋼管,由于J值從1.91cm4增至12.19cm4,剛度增加了5倍多。那麽其承載能力是否也以此倍數增加呢?按《液壓滑動模闆施工技術規範》(GBJ113-87)附錄三規定,支承杆承載能力的計算公式爲:
20190716133748 54436 - φ48×3.5鋼管支撐杆承載能力
該公式是按當時常用的Ф25,Ф28實心支承杆通過試驗歸納出來的經驗表達式,當前推行大噸位千斤頂以Ф48×3.5鋼管作支承杆時,再采用(GBJ113-87)中的公式計算承載力顯然會得出不正确的結果。以最常見的構造尺寸爲例:每次提升30cm,模闆上口到提升架下模梁下口高度50cm,下模梁下口到千斤頂下卡頭距離25cm。以上數據代入上式

  • Lo=30+50+25+=105cm
  • E=2.1×104kN/cm2
  • J=12.19cm4

有套管λ=1
20190716133749 75437 - φ48×3.5鋼管支撐杆承載能力
事實上因爲Ф48×3.5鋼管的截面積僅4.89cm2。3号鋼的屈服點強度标注值是240N/mm2。當鋼管到達屈服點時的承載能力應是
4.89×100×240=117360N=117.36kN<128kN
鋼管内應力如超過屈服點,變形就急劇增加,支承杆就出現失穩現象,所以不允許應力達到屈服點,其承載能力不允許達到117kN,當然更不可能用到128kN。由此可以肯定(GBJ113-87)附錄三的支承杆承載能力計算公式不使用于Ф48或更大的鋼管。

二、尋求使用的方法
有人建議按照《鋼結構設計規範》(GBJ-17-88)進行計算。按照規範中5.1.2公式 計算,取f=200N/mm²。可是這本規範用的是以概念理論爲基礎的極限狀态設計方法。它不是用一個總的安全系數,而是采用了多個分項系數的極限狀态計算方法。雖然3号鋼的抗力分項系數很明确,規範中已有了明确的強度設計值(200或215N/mm²),但是荷載的分項系數卻不明确。特别是我們的活荷載情況複雜,難以确定。這種計算方法與《滑模施工技術規範》截然不同,難以統一,因此目前尚不可能直接按《鋼結構設計規範》(GBJ17-88)的公式進行計算。
從形式上看GBJ113-87附錄三的支承杆能力計算公式,似以歐拉公式爲基礎,即近似的看作支承杆上下兩端爲固結(即μ=0.5),上端爲千斤頂的下卡頭,下端在混凝土表面以下95cm處(若模闆長120cm則基本上是模闆下口附近)。以上述數據代入歐拉公式則有:
20190716133749 90032 - φ48×3.5鋼管支撐杆承載能力
這個數值基本上相當于φ25鋼筋作支承杆的承載能力3倍左右。    

七、上述方法的可行性
現以φ25鋼筋作支承杆求其承載能力,以兩種計算方法作對比進行計算。
20190716133749 85000 - φ48×3.5鋼管支撐杆承載能力
對比兩者計算結果,對于有套管的工具式支承杆N=fφA公式計算結果是偏于安全的。而對于非工具式支承杆則是偏大20%左右。由此是否可肯定這個方法基本是可用的。特别是用φ48×3.5鋼管做支承杆的大多數是工具式支撐杆,工程進行中或是完成後要拔出來的。對于個别的不準備拔出的也無妨增設一個套管,這樣也可減少提升架的類型。再說爲了減少一根套管而要增加20%-30%的千斤頂是不值得的。

八、幾個問題的探讨

1、φ48×3.5鋼管與φ25鋼筋支承杆承載力的比較。在我們剛開始研究以φ48×3.5鋼管作支承杆時曾認爲由于其剛度是φ25鋼筋的6倍,所以其承載能力也是6倍。如果上述的計算方法成立的話,這個觀點根本概念是錯的。應該說在一般正常滑升的情況下φ48×3.5鋼管與φ25鋼筋作支承杆其承載能力之比是3左右。這個比值随支承杆脫空長度的增長而增長。當脫空長度(混凝土面至千斤頂下卡頭的距離)從90cm增至205cm則此比值從2.6增至4.8。由此可見越是脫空長度大的情況下用鋼管做支承杆越有利。如支承杆經過門窗洞口時就是如此。我們在一次應用鋼管支承杆過一門洞時未做加固安然通過。雖然是荷載較小,但若是用φ25鋼筋作支承杆再大的荷載也不可能不加固。

2、以上計算均采用k=2的安全系數,但是實際上φ48×3.5鋼管支承杆的安全度比φ25鋼筋的高。有過滑模施工經驗的人都知道,在高層建築滑模時,用φ25鋼筋作支承杆在十層以下很少有支承杆失穩的。可是越往上滑升支承杆失穩現象就逐漸增加。究其原因無非是平台不平、模闆變形、高處風荷載大等給支承杆帶來側向荷載、附加荷載、偏心荷載。由于φ25鋼筋剛度小抵抗偏心荷載能力小,而φ48×3.5鋼管剛度是它的6倍,其抵抗這些不正常荷載的能力大大提高,絕不是計算的承載能力增長的3倍。因此可以說這種情況下φ48×3.5鋼管的安全度比φ25鋼筋大。我們在一個外徑僅2.4m高30m的水塔筒身滑模中,隻采用了一些正常的滑升措施(如混凝土澆築方向應正反交替等)整個滑升過程未産生筒身扭轉,水平偏移也僅幾毫米。省卻了糾偏的麻煩。這在φ25鋼筋支承杆滑模中是不可能做到的,這也從一個側面證實φ48×3.5鋼管支承杆的剛度大、安全度高。也說明了φ48×3.5鋼管支承杆究竟應如何計算還需進一步研究,目前這種計算方法是偏于保守的算法。

3、關于支承杆與千斤頂的配套問題。一般液壓滑模用千斤頂作爲一個機械産品,在其出場時需進行耐壓試驗,其試驗壓力應是額定油壓(即相當于額定荷載之油壓)1.5倍。當千斤頂與支承杆共同工作時其安全系數應該相同。現在都取k=2。φ48×3.5鋼管屈服時承載能力爲117kN,也就是穩定驗算時折減系數φ=1就是其最大的承載能力。由此推出相應的千斤頂的試驗荷載則爲120kN。其額定荷載爲80kN。這樣兩者的安全系數就相等了。如果千斤頂的額定荷載再增大,則其配套的鋼管就要加大。如仍用φ48的直徑就需加大的鋼管的厚度。否則就不經濟了。

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