海洋馆亚克力玻璃板的吊装设计及仿真模拟

选取了桅杆式吊装、轮式起重机吊装及履带式起重机吊装方案作为设计方案进行对比与分析，最终采用了履带式起重

机吊装方案，使得施工全过程安全稳定，且提高了施工效率。同时，利用有限元计算方法校核各施工阶段下亚克力玻

璃板的受力形态，并给出吊装风载较大时的加强措施，保证了施工的安全可靠与有效。关键词：亚克力玻璃板；吊装；履带式起重机吊装；有限元分析中图分类号：TU755 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2019)11-2011-03 DOI： 10.14144/j.cnki.jzsg.2019.11.016Hoisting Design and Simulation of Acrylic Glass Panel in AquariumKANG ShengguoChina Railway Construction Group South Engineering Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510630, ChinaAbstract： In order to solve the difficulties existing in transportation, hoisting and installation of acrylic glass panel on the

construction site due to large area of aquarium construction, the mast hoisting, wheeled crane hoisting and caterpillar crane hoisting schemes are selected as the design schemes for comparison and analysis according to the design and

construction site conditions. Finally, the caterpillar crane hoisting scheme is adopted, which makes the whole con struction process safe and stable, and increases the construction efficiency. At the same time, the stress form of acrylic glass panel under different construction stages is checked by finite element calculation method, and the strengthen!ng

measures are given when the wind load is large, and the safety, reliability and effectiveness of the construction are ensured accordingly.Keywords: acrylic glass panel; hoisting; caterpillar crane hoisting ; finite element analysis1 工程概况南宁国〉际商业贸易中心海洋馆动物展示需大量的透明

体材料，该材料既要透光性好、清晰、变形小，又要能承

受巨大的水体压力。普通材料不能满足设计要求，因此采 用亚力克玻璃板。水族馆散落在不同区域，且均在地下室1层（图1）。各水族馆均需安装大量亚克力玻璃（图2）,但亚克力玻璃 运输困难。亚克力玻璃单块面积大，质量大，垂直方向运

图1鲸鲨馆平面输时需要运至地下1层，水平方向需要跨越城口障碍、结

构楼板，且运输时表面不能有任何划痕，吊装运输时对产

品保护的要求高。需要对亚克力玻璃的吊装方式、运输机

构、行走路线、楼层内运输、施工通道留设进行研究。2 吊装设计方案对比根据设计及施工现场运输条件要求，亚克力玻璃吊装图2局部亚克力玻璃立面设计方案初选：桅杆式吊装方法、轮式起重机吊装方法及

作者简介：廉胜国（19—）,男，本科，工租邺。

通信地址：/■东器/•州市鬲竣区进港犬道8号鬲欢城A栋 人揍中铁建设（510630 ）。履带式起重机吊装方法2.1桅杆式吊装方法桅杆式起重安装时需较多缆风绳维持起重机的稳定

电子邙笛：1205076385@qq.com收稿日期：2019-07-17性，因其结构简单、拆卸方便，能在比较狭窄的场地使建筑施工•第41卷•第\"期201171康胜国：海洋馆亚克力玻璃板的吊装设计及仿真模拟用。但该装置工作半径小，移动不便，适用于吊装工程量

比较集中的工程。海洋馆场地对桅杆式吊装设备摆放位置较大，

且水族馆亚克力玻璃安装位置较多，单片亚克力玻璃质量

大，遂需设置较大提升设备且需多次移位方可满足亚克力

玻璃的吊装需求。2.2轮式起重机吊装方式起重机在其轮式底盘上安装了提升、变幅、回转

及作业装置，可使起重设备在各类路面上流动式移动，机 动灵活且行驶速度高。现场起重时单点吊装后需重新移动

起重机，并重新支腿吊装。海洋馆场地设计时对重型车辆可移动位置有，但

水族馆亚克力玻璃分散各异，使得轮式起重装置不能有效 完成水族馆亚克力全过程吊装需求。此外，轮式起重机支

座局部压力较大，须对结构体系复核，如不满足吊装场地

要求需重新对相应薄弱带加固，成本高，施工周期长。2.3履带式起重机吊装方法履带式起重机在其履带底盘上安装了提升、变幅、回

转及作业装置，同时可依靠履带实现非路面流动式起重。 履带式起重机具有带载行走、接地比压小且作业灵活等显

著优势，其起吊质量大、作业范围广且转弯半径小，使得

履带式起重机在现场作业时效率相对较高。海洋馆场地较大，且单片亚克力玻璃较重，而履

带式起重机不仅可以一次定位完成海洋馆各处亚克力玻璃

吊装，也可完成相应附属结构吊装，减小吊装作业面，保 证结构安全性。2.4吊装方案选择根据上述吊装方案比较，在满足技术可行及安全可

靠的情况下，兼顾经济性及工期长短，并对海洋馆结构影 响最小的情况下，选择履带式起重机作为主起重设备。根

据市场起重机吊装性能及海洋馆亚克力玻璃质量及吊装半 径等条件，选用LR1600/2型大型履带式起重机作为主吊装 置。该装置最大起重600 t时主臂长度可达48 m,最长起吊

工况可达180m,起重能力可达95 t,满足海洋馆亚克力玻

璃所有吊装需求。3 单点覆盖吊装方案设计3.1吊装流程亚克力玻璃吊装安装时，需普通汽车吊装机将亚克 力玻璃由堆放仓库吊至起吊位置，后由履带式起重机与汽

车吊装设备共同将亚克力玻璃由主副吊带将亚克力玻璃抬

起。后经吊装设备提升、变幅并回转，使得亚克力玻璃在

履带式吊装设备作用下经主吊带起吊（图3）,进而使亚

克力玻璃就位，同时找正并使其固定，此后撤离汽车吊机

并利用履带式起重装置将亚克力玻璃板吊装至指定安装区

20122019 • 11 • Building Construction域。重复操作，使得亚克力玻璃由出库到吊装、安装整体

化，同时保证吊装安全性。501汽车起吊装置6001履带起吊装置隹吊带，副吊带亚克力玻璃捆扎吊带F衡梁拾吊吊带图3亚克力玻璃起吊方案3.2吊索设计以水族馆最大起重亚克力玻璃40 t为参照，共设置8根

尼龙吊带，每根吊带长15 m且额定起重量15 t。其中，4根

主吊带对称布置于亚克力玻璃平面内两侧，由平衡梁串联

且其中一侧设置151手拉葫芦用于调整吊装过程的水平度，

2根副吊索布置于亚克力玻璃平面外两侧用于亚克力玻璃的

起身抬吊。亚克力玻璃吊装起身后竖转垂直，然后撤去副 吊索。3.3吊点设计亚克力玻璃吊装时采用履带式吊装机及汽车吊装机共

同作用，四点起吊，后经水平状态稳定后方可竖转，竖转 至垂直状态时需利用平衡梁分摊吊点受力荷载。为避免吊

装过程中吊点与吊索的滑移，需设置专用防滑锁扣，同时

设置软质羊毛毡阻隔，避免亚克力玻璃施工时脆裂。4 有限元吊装分析4.1各吊装工况分析选取亚克力玻璃板吊装过程中最不利起吊情况，如图

4所示，亚克力玻璃板采用两处三等分位置的吊带起吊，同

时简化提升受力形式，将与吊带与亚克力板材接触处设为

较接，即模拟亚克力绑扎式吊带起吊时的受力模式，以此

校核施工安全性。利用Ansys对亚克力玻璃板吊装情况进行

分析，模型尺寸同现有设计尺寸，为16mX8mX0.25m。

模型选用Solid45单元，同时设置网格尺寸为0.05 m〔图5

（a）、（b））。有限元分析计算时，弹性模量取3 GPa,

泊松比为0.49,密度为1 190kg/m\\吊带康胜国：海洋馆亚克力玻璃板的吊装设计及仿真模拟(a)有限元模型(b)模型网格划分图5亚克力玻璃不利吊装工况利用有限元模型计算亚克力玻璃板吊装时的工况为：1)

亚克力玻璃板在自重条件下起吊；2) 亚克力玻璃板在1.5倍施工荷载下起吊；3) 亚克力玻璃板在自重条件下受风载扰动工况，其

中阵风系数为1.78,基本风压为0.3 kN/m2,体形因数取

—1.2»有限元分析结果显示，亚克力玻璃在自重、1.5倍施工

荷载及风载吊装工况下的位移分布和应力分布相似，位移

在吊装玻璃顶部取得最大值，而板材应力在吊带接触位置 取得最大值，即出现应力集中现象。其中，吊装时板材在

自重及施工荷载作用下的位移最大为73 mm,而强度最大 为5.9 MPa,均满足材料强度及施工稳定行设计要求。此

外，在风载工况作用下，板材顶部位移约为2 m,底部应力 集中位置强度为 MPa,此时施工出现板材失稳及破坏现 象，需对施工方式进行调整。4.2最不利工况下吊装及分析在风载较大时，亚克力玻璃板会出现失稳及破坏现

象，为解决此问题，模拟计算时通过两处吊带约束模型平

面外自由度。即现场施工时，通过吊带非承重方向的绕扎 约束亚克力玻璃板的平面外位移，使得吊带与亚克力玻璃 板贴合，确保施工过程中不产生相对滑移。在风载条件下

亚克力玻璃板的最大位移为9 mm且出现在板材两侧，应力

集中位置则在吊带位置，且均满足板材设计施工时的稳定

性及强度要求(图6)。(a)位移，自重+风载工况

(b)等效应力，自董+风载工况图6亚克力玻璃优化吊装工况分析亚克力玻璃板在吊装全过程中的自重及风载的作用为施工最不利工况，采取上述吊装优化方案可有效减小板材

变形及最大应力。吊装方案优化后，板材吊装时的最大应 力较小，遂忽略施工荷载作用下板材应力的变化。在自重

及风载作用下，施工荷载放大因数自1增至2时板材最大位

移从9 mm线性增大至23 mm (图7),即优化吊装方后施工 荷载放大1〜2倍时，板材稳定可靠。30|------------------------------------------------------------------

25-E20.15-

-10「51.00 1.25 1.50 1.75 2.00施工荷载放大因数图7优化吊装工况下施工荷载放大因数与板材位移关系5 结语1)

亚克力玻璃因其自身材料特性，对吊装要求较高，

且施工现场场地大型吊装设备，通常不能使得施工经

济可靠。故此，在施工时采用履带吊对施工平面内的单

点进行覆盖式吊装，同时利用汽车吊装设备灵活运输及协 作，使得整个施工过程安全可靠，同时缩短施工周期，节

约成本。2) 在风载较大时需设置亚克力玻璃板非受力方向的绕

扎吊带以稳定施工过程，使得吊带不与亚克力板材出现相

对位移，从而保障施工及设计安全可靠性。3) 亚克力玻璃板在风载及自重作用下的变形及应力最

大，此工况为吊装最不利工况。吊装方案优化后，在自重

及风载等施工荷载作用下，施工荷载放大1〜2倍时，板材 变形较小，其吊装全过程稳定可靠。•=参考文献=［1］ 张国锋，刘洋•巨型亚克力玻璃板精密工程测量研究［J］•北京测绘,

2017(3):124-126.［2］ 陈海霞.探究水体巨型亚克力玻璃安装施工技术［J］.化工设计通讯,

2017,43(12):235.［3］ 赵英吉.空间区域内大体积亚克力玻璃安装施工技术［J］.建筑

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115.［7］罗峰，刘洋，张国锋•基于地面三维激光扫描技术的精密工程测量:

以广州正佳海洋世界主缸亚克力板申报世界吉尼斯纪录关键指 标精密工程测量为例［J］.工程勘察,2018,46(1 ):65-69.建筑施工•第41卷•第11期

201371