本实用新型属于建筑领域，涉及筒仓滑模平台，具体地说是一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台。
背景技术：
：大直径筒仓结构的出现不但解决了煤炭等资源储存、环境保护问题，而且具有良好的经济效益和社会效益。大直径筒仓滑模工艺中常用的操作平台有刚性和柔性两种形式，大直径筒仓采用刚性滑模平台施工时，刚性滑模平台一般需要搭设中心架、设置斜拉撑来提高刚性滑模平台承载能力，而且筒仓的仓顶锥壳施工时经常需要分多次浇筑，造成了成本高、工期长等问题。而且，由于不同直径筒仓施工时需要制作不同直径的刚性滑模平台，造成了刚性滑模平台的闲置与浪费。技术实现要素：本实用新型为了克服现有技术的缺陷，提供了一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，此结构不仅可以为仓壁滑模施工阶段提供支撑平台，滑升阶段结束后还可以作为施工仓顶结构的有力支撑。解决了刚性滑模平台一般需要搭设中心架、设置斜拉撑的问题，节省了材料。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，包括鼓圈、固定在鼓圈外围的一组外桁架、以及连接在外桁架与鼓圈之间的拉杆，关键在于：所述的鼓圈包括同轴设置的外支撑座和内支撑座，还包括固定在外支撑座与内支撑座之间的一组内桁架，所有的内桁架沿内支撑座的圆周方向均匀排布，外桁架与外支撑座固定连接，外桁架与鼓圈共同形成为仓壁滑模施工和仓顶施工的支撑平台。所述的外支撑座包括同轴设置的上支撑环和下支撑环，还包括固定在上支撑与下支撑环之间的一组竖向撑杆，所有的竖向撑杆沿上支撑环和下支撑环的圆周方向均匀排布，内桁架的上端与上支撑环固定连接、下端与下支撑环固定连接。所述的内支撑座包括同轴设置的上圆盘、下圆盘，还包括固定在上圆盘与下圆盘之间的竖向支柱，内桁架的上端与上圆盘固定连接、下端与下圆盘固定连接。所述的内桁架包括水平设置的第一上弦杆和第一下弦杆，还包括固定在第一上弦杆与第一下弦杆之间的第一腹杆，第一上弦杆和第一下弦杆的外端都与外支撑座固定连接、内端都与内支撑座固定连接。所述的外支撑座是由一组支撑单元依次首尾拼接形成的环形结构，相邻的支撑单元之间、内桁架与支撑单元之间、内桁架与内支撑座之间、外桁架与外支撑座之间都是可拆卸式连接。所述的外桁架包括一组呈一字型排列的桁架标准节，桁架标准节包括第二上弦杆、第二下弦杆及连接在二者之间的第二腹杆，第二上弦杆和第二下弦杆均为双角钢，相邻的桁架标准节之间设置有连接盖板和连接角钢，连接盖板借助竖向螺栓和螺母的配合同时与相邻的桁架标准节以及连接角钢固定连接，双角钢两侧的连接角钢借助水平螺栓和螺母的配合同时与相邻的桁架标准节固定连接。相在双角钢的两个角钢之间固定有节点板，第二腹杆的上、下端分别与对应端的节点板固定连接。所述的拉杆位于外桁架下方，拉杆的上端与外桁架的外端固定连接，拉杆的下端与外支撑座固定连接。所述的滑模平台还包括与鼓圈同轴设置的环向支撑，环向支撑包括一组上支撑梁和一组下支撑梁，所有外桁架的上端都与上支撑梁固定连接，所有外桁架的下端都与下支撑梁固定连接，在上支撑梁与下支撑梁之间固定有一组斜支撑。所述的上支撑梁与下支撑梁上下对称设置。本实用新型的有益效果是：本申请的刚性滑模平台的中心为鼓圈，鼓圈一周设有成射线分布的桁架，此结构不仅可以为仓壁滑模施工阶段提供支撑平台，滑升阶段结束后还可以作为施工仓顶结构的有力支撑。解决了刚性滑模平台一般需要搭设中心架、设置斜拉撑的问题，节省了材料。而且筒仓仓顶锥壳施工时经常需要分多次浇筑，造成的工期问题也迎刃而解。通过将鼓圈、外桁架、拉杆、环向支撑做模块化处理，实现了一套桁架标准节同时满足多个直径筒仓施工需求，解决平台闲置问题的同时节约了成本。附图说明图1是本实用新型的结构示意图。图2是图1中鼓圈的结构示意图。图3是图2中内支撑座的结构示意图。图4为本实用新型中内桁架的结构示意图。图5是本实用新型中桁架标准节之间的连接盖板与节点板以及连接角钢的安装结构示意图。图6是本实用新型中环向支撑的结构示意图。图7是节点计算时的边界条件与加载方式示意图。附图中，1代表鼓圈，2代表外桁架，3代表拉杆，4代表外支撑座，5代表内支撑座，6代表内桁架，7代表上支撑环，8代表下支撑环，9代表竖向撑杆，10代表上圆盘，11代表下圆盘，12代表竖向支柱，13代表第一上弦杆，14代表第一下弦杆，15代表第一腹杆，16代表连接盖板，17代表连接角钢，18代表节点板，19代表上支撑梁，20代表下支撑梁，21代表斜支撑。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细说明：参见附图1，一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，包括鼓圈1、固定在鼓圈1外围的一组外桁架2、以及连接在外桁架2与鼓圈1之间的拉杆3，所述的鼓圈1包括同轴设置的外支撑座4和内支撑座5，还包括固定在外支撑座4与内支撑座5之间的一组内桁架6，所有的内桁架6沿内支撑座5的圆周方向均匀排布，外桁架2与外支撑座4固定连接，外桁架2与鼓圈1共同形成为仓壁滑模施工和仓顶施工的支撑平台。如图1所示，鼓圈1和外桁架2的上端面都是水平面，这种刚性滑模平台不仅可以为仓壁滑模施工阶段提供支撑，滑升阶段结束后还可以作为施工仓顶结构的有力支撑，可以节省材料，缩短工期。如图2所示，外支撑座4包括同轴设置的上支撑环7和下支撑环8，还包括固定在上支撑环7与下支撑环8之间的一组竖向撑杆9，所有的竖向撑杆9沿上支撑环7和下支撑环8的圆周方向均匀排布，内桁架6的上端与上支撑环7固定连接、下端与下支撑环8固定连接，结构简单，连接牢固可靠。如图2所示，内支撑座5包括同轴设置的上圆盘10、下圆盘11，还包括固定在上圆盘10与下圆盘11之间的竖向支柱12，内桁架6的上端与上圆盘10固定连接、下端与下圆盘11固定连接，结构简单，连接牢固可靠。如图2所示，内桁架6包括水平设置的第一上弦杆13和第一下弦杆14，还包括固定在第一上弦杆13与第一下弦杆14之间的第一腹杆15，第一上弦杆13和第一下弦杆14的外端都与外支撑座4固定连接、内端都与内支撑座5固定连接。作为对本实用新型的进一步改进，外支撑座4是由一组支撑单元依次首尾拼接形成的环形结构，相邻的支撑单元之间、内桁架6与支撑单元之间、内桁架6与内支撑座5之间、外桁架2与外支撑座4之间都是可拆卸式连接。需要运输时，将它们都拆分开，分别放置，需要安装时再拼接在一起即可，可以缩小占地空间，方便搬运。为了方便连接，在支撑单元的两端都固定有法兰，相邻的支撑单元之间借助法兰、螺栓和螺母的配合固定连接，连接牢固可靠，拆装方便快捷，省时省力。作为对本实用新型的进一步改进，如图1所示，外桁架2包括一组呈一字型排列的桁架标准节，桁架标准节包括第二上弦杆、第二下弦杆及连接在二者之间的第二腹杆，第二上弦杆和第二下弦杆均为双角钢，相邻的桁架标准节之间设置有连接盖板16和连接角钢17，连接盖板16借助竖向螺栓和螺母的配合同时与相邻的桁架标准节以及连接角钢17固定连接，双角钢两侧的连接角钢17借助水平螺栓和螺母的配合同时与相邻的桁架标准节固定连接。第二上弦杆和第二下弦杆上下对称设置，第二上弦杆的结构如图5所示，包括开口朝向左下方的左角钢2-1、开口朝向右下方的右角钢2-2，连接盖板16位于左角钢2-1与右角钢2-2上方，左角钢2-1与右角钢2-2内部都设置有与其开口方向相同且与其内壁紧密接触的连接角钢17，连接盖板16、连接角钢17、竖向螺栓和螺母配合在竖直方向上将相邻的两个桁架标准节固定在一起，连接角钢17与水平螺栓和螺母配合在水平方向上将相邻的两个桁架标准节固定在一起，使得相邻的桁架标准节之间可靠连接，拆装时方便快捷，省时省力。在此基础上，将鼓圈直径、桁架标准节长度、拉杆长度、上支撑环7直径与下支撑环直径都设置为至少两种型号，通过简单组合即可实现一套桁架标准节同时满足多个直径筒仓的施工需求，解决了滑模平台闲置问题的同时，还节约了成本。作为对本实用新型的进一步改进，在双角钢的两个角钢之间固定有节点板18，第二腹杆的上、下端分别与对应端的节点板18固定连接。如图5所示，在左角钢2-1与右角钢2-2之间设置有节点板18，可以增大水平螺栓的连接长度，连接更加牢固可靠。作为对本实用新型的进一步改进，拉杆3位于外桁架2下方，拉杆3的上端与外桁架2的外端固定连接，拉杆3的下端与外支撑座4固定连接。拉杆3可以有效起到支撑外桁架2的作用，使得滑模平台整体的承载能力更好。拉杆3均为圆钢拉杆，外桁架2外端有连接拉杆3的接头，拉杆3由两根圆钢通过花篮螺栓与接头相连。作为对本实用新型的进一步改进，滑模平台还包括与鼓圈1同轴设置的环向支撑，如图1和图6所示，环向支撑包括一组上支撑梁19和一组下支撑梁20，所有外桁架2的上端都与上支撑梁19固定连接，所有外桁架2的下端都与下支撑梁20固定连接，在上支撑梁19与下支撑梁20之间固定有一组斜支撑21。利用一组上支撑梁19和一组下支撑梁20将所有的外桁架2都固定在一起，利用斜支撑21将上支撑梁19和下支撑梁20固定在一起，整体的牢固性和稳定性更好，承载能力也更好。如图1所示，上支撑梁19与下支撑梁20上下对称设置，整体更加整齐美观。一、模块化刚性滑模平台设计设计了四种长度的桁架标准节、三种长度的拉杆、三种型号的环向支撑、两种型号的鼓圈，两种型号鼓圈的直径分别为6m与9m。利用上述结构可以组合形成直径为18m、22m、25m、28m、34m的五种刚性滑模平台，具体组合方式如下面的表1所示：表1模块化刚性滑模平台体系平台直径(m)1822252834外桁架榀数4848487272桁架标准节(m)62 63.5 63.5 63 3.5 6拉杆标准节(m)2.94.88.18.12.9 8.1鼓圈型号iiiiiii上、下支撑梁型号bb cb ca ba b c表1中，i型与ii型鼓圈的直径分别为6m、9m，a型、b型、c型上下支撑梁节间距分别为0.59m、0.87m、1.2m。二、荷载统计与刚性滑模平台相关的筒仓施工主要有仓壁滑模施工及仓顶结构施工，仓顶结构施工时平台承担荷载较滑模阶段大，所以按该阶段分析计算。根据《建筑结构荷载规范》gb50009-2012和《建筑施工模板安全技术规范》jgj162-2008规定，恒载包括平台钢骨架、跳板、木方、仓顶钢筋混凝土结构及其模板体系的自重，活载取2kn/m2(没有大型布料机)。按照本次平台设计思想，仓顶结构施工分为两个施工工况，工况一为仓顶锥壳一次浇筑完成，工况二为锥壳混凝土强度满足自身承载力后仓顶上环梁平面结构一次浇筑完成。对以往实际工程统计，内径为18m、22m、25m、28m、34m的筒仓锥壳厚度≤0.5m，锥壳倾斜角在45°左右，锥壳高度≤7.5m，内环梁直径接近筒仓直径的一半。根据上述情况按仓顶结构不利荷载统计，由外部恒载产生的竖向荷载(不含钢平台自重)统计见表2。表2外部恒载产生的竖向荷载单位(kn/m2)平台直径(m)1822252834工况一13.7814.8315.5417.3118.90工况二14.6014.8215.0715.2415.87三、刚性滑模平台有限元分析利用有限元软件sap2000对直径18m、22m、25m、28m、34m的刚性滑模平台分别进行相关规范规定的强度及变形值分析计算。钢材为q345b，弹性模量e取2.06×105n/mm2，泊松比取0.3，质量密度取7850kn/m3。刚性滑模平台计算时按《钢结构设计标准》(gb50017-2017)受压构件长细比控制值为150，平台变形控制值为l/250，最大应力比控制值为0.85。刚性滑模平台上由恒载产生的竖向外荷载(不含钢平台自重)取值按表2执行，由于恒载起控制作用，计算强度组合为1.3恒载 1.5活载，计算变形组合为1.0恒载 1.0活载。有限元模型建立时，外桁架的弦杆与腹杆分别设置为梁单元与杆单元，支撑在筒仓仓壁上的外桁架端部节点简化为只施加uy、uz向约束的支座。经过不断优化调整，各直径刚性滑模平台组成杆件在最不利组合工况下最大应力值为290.52mpa，最大竖向位移为103.54mm，结构应力值与竖向变形值均满足相关规范规定要求。直径34m刚性滑模平台的应力最大值如下面的表3所示：表334m刚性滑模平台应力最大值单位(mpa)根据表2中组合信息以及表3中直径34m刚性滑模平台模型参数，分别建立直径18m、22m、25m、28m刚性滑模平台有限元模型，并分别对刚性滑模平台模型施加外荷载，进行强度与竖向变形有限元验算，直径18m-28m刚性滑模平台应力最大值、竖向位移最大值见表4与表5。表4直径18m-28m刚性滑模平台应力最大值单位(mpa)平台直径(m)18222528工况一101.70-125.56-149.67-132.98工况二-43.5083.89148.67161.08表5直径18m-28m刚性滑模平台竖向位移最大值单位(mm)平台直径(m)18222528工况一-8.42-16.86-25.00-30.05工况二-6.71-15.13-34.96-47.35由表4和表5中的结果可知，两种工况下各直径平台承载力及竖向变形均满足相关规范规定要求。有限元软件abaqus在节点计算中优势明显，本次节点验算运用abaqus进行模拟计算。通过对鼓圈、拉杆及外桁架上的节点与内力分析发现，直径34m刚性滑模平台靠近外桁架跨中的拼接节点为最不利节点，故对其进行承载力计算分析。对于试件中所用钢材，采用线弹性强化模型和vonmises屈服准则，单元网格划分为六面体单元，单元尺寸约为10mm×10mm，采用中性轴算法进行网格属性控制。在各杆件端部截面的形心设置参考点，将参考点与加载构件截面结点耦合，在参考点上施加外部荷载。为了尽可能接近实际约束情况，上弦节点在弦杆端部施加轴向荷载f1、f2，竖腹杆施加轴向荷载f3、f4，设置弦杆轴向方向为1轴，竖腹杆轴向方向为2轴，垂直于1、2轴平面方向为3轴，斜腹杆释放沿3轴的转动约束并对弦杆施加3轴方向径向位移约束。下弦节点在弦杆端部施加轴向荷载f1、f2，竖腹杆施加轴向荷载f3、f4，竖腹杆释放沿3轴的转动约束并对弦杆施加3轴方向的径向位移约束，节点边界条件与加载方式如图7所示。由有限元模拟结果可知，在设计荷载作用时，上弦节点连接角钢及连接盖板中部出现弯剪区，应力值分布在150mpa-220mpa之间，连接盖板螺栓孔附近出现应力最大值σmax＝270mpa；下弦节点区域绝大部分应力值小于200mpa，螺栓孔附近及连接角钢中部出现应力集中区，应力最大值为σmax＝289mpa。上下弦节点应力均小于q345钢材的强度设计值310mpa，节点均处于弹性工作状态，故拼接节点能够满足外桁架拼接节点使用要求。四、模块化筒仓刚性滑模平台适用范围筒仓锥壳厚度≤0.5m且锥壳垂直高度≤8.3m，内环梁及井字梁截面尺寸不大于0.5m×1.6m，内环梁平面结构板厚≤0.2m，活荷载限制为2kn/m2(没有大型布料机)，仓顶结构施工时，锥壳一次浇筑，待锥壳满足自身承载力后上环梁平面结构一次浇筑，刚性滑模平台适用于多种筒仓滑模施工。经有限元验算，内径18m、22m、25m、28m筒仓在以上条件下仓顶结构施工时一般不再需要限制锥壳与上支撑环平面结构的分布范围。直径34m刚性滑模平台的适用范围为锥壳水平投影长度7.5m≤l≤8.3m或者上支撑环平面结构直径17.4m≤d≤19m。如果实际工程超出模块化刚性滑模平台的适用范围，需对刚性滑模平台重新验算并进行加强设计，满足相关规范要求后，方可进行施工。当前第1页1 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技术特征：1.一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，包括鼓圈(1)、固定在鼓圈(1)外围的一组外桁架(2)、以及连接在外桁架(2)与鼓圈(1)之间的拉杆(3)，其特征在于：所述的鼓圈(1)包括同轴设置的外支撑座(4)和内支撑座(5)，还包括固定在外支撑座(4)与内支撑座(5)之间的一组内桁架(6)，所有的内桁架(6)沿内支撑座(5)的圆周方向均匀排布，外桁架(2)与外支撑座(4)固定连接，外桁架(2)与鼓圈(1)共同形成为仓壁滑模施工和仓顶施工的支撑平台。
2.根据权利要求1所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的外支撑座(4)包括同轴设置的上支撑环(7)和下支撑环(8)，还包括固定在上支撑环(7)与下支撑环(8)之间的一组竖向撑杆(9)，所有的竖向撑杆(9)沿上支撑环(7)和下支撑环(8)的圆周方向均匀排布，内桁架(6)的上端与上支撑环(7)固定连接、下端与下支撑环(8)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的内支撑座(5)包括同轴设置的上圆盘(10)、下圆盘(11)，还包括固定在上圆盘(10)与下圆盘(11)之间的竖向支柱(12)，内桁架(6)的上端与上圆盘(10)固定连接、下端与下圆盘(11)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的内桁架(6)包括水平设置的第一上弦杆(13)和第一下弦杆(14)，还包括固定在第一上弦杆(13)与第一下弦杆(14)之间的第一腹杆(15)，第一上弦杆(13)和第一下弦杆(14)的外端都与外支撑座(4)固定连接、内端都与内支撑座(5)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的外支撑座(4)是由一组支撑单元依次首尾拼接形成的环形结构，相邻的支撑单元之间、内桁架(6)与支撑单元之间、内桁架(6)与内支撑座(5)之间、外桁架(2)与外支撑座(4)之间都是可拆卸式连接。
6.根据权利要求1所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的外桁架(2)包括一组呈一字型排列的桁架标准节，桁架标准节包括第二上弦杆、第二下弦杆及连接在二者之间的第二腹杆，第二上弦杆和第二下弦杆均为双角钢，相邻的桁架标准节之间设置有连接盖板(16)和连接角钢(17)，连接盖板(16)借助竖向螺栓和螺母的配合同时与相邻的桁架标准节以及连接角钢(17)固定连接，双角钢两侧的连接角钢(17)借助水平螺栓和螺母的配合同时与相邻的桁架标准节固定连接。
7.根据权利要求6所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：在双角钢的两个角钢之间固定有节点板(18)，第二腹杆的上、下端分别与对应端的节点板(18)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的拉杆(3)位于外桁架(2)下方，拉杆(3)的上端与外桁架(2)的外端固定连接，拉杆(3)的下端与外支撑座(4)固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的滑模平台还包括与鼓圈(1)同轴设置的环向支撑，环向支撑包括一组上支撑梁(19)和一组下支撑梁(20)，所有外桁架(2)的上端都与上支撑梁(19)固定连接，所有外桁架(2)的下端都与下支撑梁(20)固定连接，在上支撑梁(19)与下支撑梁(20)之间固定有一组斜支撑(21)。
10.根据权利要求9所述的一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，其特征在于：所述的上支撑梁(19)与下支撑梁(20)上下对称设置。
技术总结本实用新型公开了一种大直径筒仓模块化刚性滑模平台，属于建筑领域，滑模平台包括鼓圈、外桁架、以及拉杆，鼓圈包括同轴设置的外支撑座和内支撑座，还包括内桁架，所有的内桁架沿内支撑座的圆周方向均匀排布，外桁架与外支撑座固定连接，外桁架与鼓圈共同形成为仓壁滑模施工和仓顶施工的支撑平台。解决了刚性滑模平台一般需要搭设中心架、设置斜拉撑的问题，节省了材料。而且筒仓仓顶锥壳施工时经常需要分多次浇筑，造成了成本高、工期长等问题也迎刃而解。通过将鼓圈、外桁架、拉杆、环向支撑做模块化处理，实现了一套桁架标准节同时满足多个直径筒仓施工需求，解决了平台闲置问题的同时节约了成本。
技术研发人员：孟文清;赵鹏;张亚鹏
受保护的技术使用者：河北工程大学
技术研发日：2019.08.30
技术公布日：2020.06.09
