宗明明

（三江學院土木工程學院，江蘇 南京 210012）

淺談鋼結構箱梁吊裝耳板設計方法

宗明明

（三江學院土木工程學院，江蘇 南京 210012）

隨著我國鋼結構箱梁在大跨結構工程中的廣泛應用，鋼結構箱梁吊裝施工中吊裝耳板成為鋼箱梁安裝過程中的重要構件。結合某跨線橋鋼箱梁吊裝的實際工程，探討吊裝耳板的設計內(nèi)容和設計方法，為鋼結構安裝工程提供參考依據(jù)。

大跨鋼箱梁；吊裝方案；雙機抬吊；吊裝驗算；耳板設計

1 問題的提出

隨著我國基本建設的發(fā)展，鋼結構相對混凝土結構而言，具有自重輕、承載能力高、便于施工和維護等特點，在土木工程中得到越來越多的應用。如在建筑工程中全鋼結構、鋼-鋼筋混凝土混合結構、輕鋼結構等；在橋梁工程中，鋼桁架橋、鋼箱梁橋、鋼-混凝土組合箱橋等；在城市市政工程中，跨越城市主干道的人行橋、風景園林景區(qū)觀光橋、地鐵或輕軌車站建筑等。由于鋼結構的主要構件在專業(yè)工廠制作，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行現(xiàn)場安裝，所以鋼結構吊裝施工中吊裝方案、吊裝方法、吊點的布置、吊裝耳板的設計等尤為重要。據(jù)相關資料報道，上海某工程鋼箱梁吊裝過程中由于吊裝耳板的撕裂破壞，造成一人當場死亡、一人重傷。本文結合南京市某跨線鋼箱梁橋吊裝工程，對鋼箱梁吊裝耳板設計方法進行探討。

2 鋼箱梁吊裝設計步驟

鋼箱梁吊裝設計，首先應該根據(jù)業(yè)主的要求和現(xiàn)場的實際情況，綜合考慮確定鋼箱梁的起吊安裝方案；確定吊機的起重噸位和起重機的臺數(shù)；綜合考慮確定構件的吊點位置；最后進行鋼箱梁起吊耳板的設計。

南京市內(nèi)某跨線橋采用鋼箱梁，該工程的鋼箱梁吊裝單元的主要技術參數(shù)見表1。

根據(jù)業(yè)主的要求，該跨線橋由于需要跨越城市主要交通干道，施工期間不能全封閉，只能分段安裝，保證道路半幅通行。再根據(jù)起重機起吊高度、構件自重和起重機的臂長，經(jīng)設計計算確定每個吊裝單元均采取雙機抬吊的吊裝方案。

該工程鋼箱梁吊裝采用雙機抬吊，故每根箱梁設置四個吊點，吊點設置在距每根箱梁單元的邊緣1 m處，吊點的具體位置見表1。由于鋼結構箱梁的截面尺寸較大，鋼結構板材的抗拉強度較高。圖1為吊裝示意圖。

表1 某跨線橋鋼箱梁吊裝驗算技術參數(shù)

圖1 鋼箱梁吊裝示意圖

3 鋼箱梁吊裝耳板設計

鋼箱梁吊裝耳板設計中，應進行下列內(nèi)容的設計計算：①吊點的受力計算；②吊裝耳板與鋼箱梁構件的連接設計計算；③吊裝耳板的承載能力設計與計算；④吊裝耳板的構造設計。

3.1 鋼箱梁每個吊點的耳板受力計算

根據(jù)該工程吊裝方案中提供的參數(shù)，四種鋼箱梁中預制單元2跨度為24 m，單體重約為33.5 t。每個箱梁設四個吊點，吊裝采用雙機抬吊方式。所以每個吊點的軸向拉力值，按照起吊最大單元自重33.5 t計算，則每個吊點所承受的拉力為：

33.5 /4=8.4 t-840 000 N（自重）根據(jù)相關規(guī)范的規(guī)定，吊裝時可能產(chǎn)生加速度，故應考慮1.5動力系數(shù)，則每個吊點承受拉力值為84 000×1.5=126 000 N。

3.2 吊點耳板與箱梁連接角焊縫設計

耳板與鋼箱梁采用雙面角焊縫連接，初定角焊縫的焊角尺寸為hf=10 mm，耳板采用Q345B鋼板，焊材采用50系列焊條，根據(jù)鋼結構設計規(guī)范查得角焊縫抗拉強度fqf=200 N/mm3，按照鋼結構設計規(guī)范的要求，外力N與焊縫長度方向垂直，則：

其中考慮正面角焊縫的剛度較大，韌性較差，應將其強度降低應用，所以按照直接承受動力荷載結構中的角焊縫考慮，取βf=1.0，則雙面角焊縫長度lw為：

根據(jù)鋼結構設計規(guī)范要求，最小焊縫計算長度，考慮焊接引弧，則焊縫實際長度取hf=15×10= 150 mm＜60hf=6×10=600 m（最大角焊縫長度）。

3.3 耳板設計

本工程吊裝耳板擬采用下部矩形、上部圓弧型。根據(jù)上述耳板與構件的連接焊縫長度計算，吊裝耳板的底部長度可以取為150 mm。根據(jù)現(xiàn)場情況，為保證吊裝時減少構件的擺動，要求吊車采用吊環(huán)（穿銷釘）與耳板連接進行吊裝。所以吊裝耳板設計時要考慮吊車所備用的吊具；要考慮穿吊具的孔徑為多大；要考慮開孔后板的抗拉強度；要考慮開孔到耳板上邊緣的距離應為孔徑的2倍。

本工程初定吊裝耳板開孔直徑50 mm，耳板的鋼板采用Q345級鋼板，厚度在16～35之間，抗拉強度f=295 N/mm2。根據(jù)鋼結構設計規(guī)范，鋼板的最小厚度應為

考慮保證施工安全以及材料供應情況，本工程擬采用16 mm厚鋼板即可滿足要求。由于吊裝耳板的圓弧部分開孔，削弱了耳板的截面尺寸，故對耳板開孔部分的截面承載力進行了驗算，經(jīng)驗算滿足吊裝時的承載力要求。該工程耳板制作圖樣見圖2。

圖2 吊裝耳板制作圖

4 結論

在大型鋼結構構件吊裝過程中，為了保證吊裝的安全并且方便施工：①要結合工程的實際情況確定吊裝方案；確定起吊的吊機臺數(shù)；設計吊點的位置，從而計算出吊點的受力。②吊裝耳板設計要結合吊具的選擇，考慮耳板與構件的連接設計，耳板的抗拉承載力設計，耳板的構造設計等，從而保證吊裝的順利進行。

[1]陳紹蕃.鋼結構設計原理[M].北京：科學出版社，2006.

[2]黃呈偉.鋼結構設計[M].北京：科學出版社，2005.

[3]GB 50017-2003，鋼結構設計規(guī)范[S].

作者：宗明明（1984-），男，本科，從事土木工程教學工作。

With the extensive use of steel box girders in large-span structures in China，lifting lug has become the major component in the lifting and installation process of steel box girders.Relying on a practical flyover project with lifting of steel box girders，this paper explores the design content and design method of the lifting lug.This research also provides a reference for the installation of steel structures.

large-span steel box girder；lifting manual；dual-crane lifting；lifting calculation；lug design

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2014-7-17)