王 琴

武漢橋梁建筑工程監(jiān)理有限公司

泰州長江公路大橋鋼結(jié)構(gòu)門吊扁擔(dān)梁制作受力過程分析

王 琴

武漢橋梁建筑工程監(jiān)理有限公司

扁擔(dān)梁是一種大型物件和結(jié)構(gòu)件吊裝的吊具，可以使被吊裝物件受力合理，避免產(chǎn)生過大的彎曲變形、損壞等，被廣泛應(yīng)用在運(yùn)輸、工業(yè)和建筑工程安裝等行業(yè)。在泰州長江公路大橋、馬鞍山長江公路大橋等項(xiàng)目大節(jié)段桿件吊運(yùn)實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)和發(fā)揮了良好的效益。本文重點(diǎn)研究了門吊扁擔(dān)梁定型、受力分析計算、校核等內(nèi)容，為同類項(xiàng)目的大型物件吊裝提供借鑒。

門吊；扁擔(dān)梁；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計截面

泰州長江大橋主橋位三塔兩跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋，采用中﹑邊塔不等高索塔，中索塔為鋼結(jié)構(gòu)，邊索塔為混凝土結(jié)構(gòu)。主纜跨度布置為390+1080+1080+390(m)的對稱結(jié)構(gòu)。

中索塔縱向呈人字型結(jié)構(gòu)，塔頂高程為200m，鋼塔柱高191.5m。從下到上共分為三個區(qū)段，下部斜腿段﹑曲線過渡段及上部直線段，曲線過渡段半徑為100m。中索塔橫向?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)兩人字型塔柱間橫向中心距由34.8m-42.6m。塔柱截面尺寸上下不等，橫橋向?qū)?m；縱橋向?qū)捰?.6m-15.5m。

鋼塔柱分為23種節(jié)段(D0-D20及上下橫梁)，節(jié)段長4m-15m除調(diào)整接口其余節(jié)段連接采用端面金屬接觸與摩擦型M30高強(qiáng)螺栓連接并用的接頭形式。最大節(jié)段D5重約495t,鋼塔總重約為12000t。

針對泰州鋼塔大節(jié)段的制造﹑運(yùn)輸以及翻身，特大型門吊發(fā)揮了巨大的作用，泰州鋼塔節(jié)段制造現(xiàn)場有600t﹑250t及75t門吊，作為特大型門吊的附屬結(jié)構(gòu)，扁擔(dān)梁是一種大型物件和結(jié)構(gòu)件吊裝的吊具，被廣泛應(yīng)用在運(yùn)輸﹑工業(yè)和建筑工程安裝等行業(yè)。使用扁擔(dān)梁，可以使被吊裝物件在吊裝過程受力合理，避免產(chǎn)生過大的彎曲變形﹑損壞等。扁擔(dān)梁有固定吊點(diǎn)型和可變吊點(diǎn)型，扁擔(dān)梁主體一般用工字鋼﹑無縫鋼管等型鋼來制造，吊裝過程中選用何種吊梁實(shí)際上包括選材﹑定型﹑力學(xué)性能指標(biāo)的計算，與校核﹑制造和合理使用等內(nèi)容。扁擔(dān)梁是非標(biāo)吊具，國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，必須按國家有關(guān)的技術(shù)規(guī)范[1-2]，根據(jù)不同使用場合和用戶的不同要求進(jìn)行設(shè)計。

考慮到扁擔(dān)梁在截面積相同的情況下，工字行截面的抗彎模量最大，吊梁的彎曲變形基本上集中在豎直方向，工字截面吊梁正好適應(yīng)受載情況這樣這樣可以最大限度發(fā)揮材料強(qiáng)度潛力。

1.受力過程分析

一，600T門吊下扁擔(dān)梁(雙根)受力模型分析：假設(shè)單根扁擔(dān)梁受力為F，每股繩子受力為f：

f*sin45°*2+ f*sin63°*2=F;＝＞f=0.313F

注：a=45°，b=63°，L=1.5m；

設(shè)繩子與扁擔(dān)梁夾角為45°時f的垂直分力為F1；

設(shè)繩子與扁擔(dān)梁夾角為63°時f的垂直分力為F2；

即：F1=f*sin45°=0.22F

F2=f*sin63°=0.28F

由V-M圖可知：Mmax=0.78FL；Vmax=0.5F；

由鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[2]可知：鋼材Q345c，當(dāng)板厚在16-35mm時，設(shè)計抗拉﹑抗壓強(qiáng)度f=295Mpa；抗剪強(qiáng)度fv=170Mpa。

1.1 剪力校核

剪力最不利位置校核：f=0.5F(F取值290t)，A=32*10-3*550*10-3*2+24*10-3*736*10-3*2

τ=f/A=0.5*290*1000*9.8/{(17.6+2.4*7.36)*2*10-3}

＝＞τ=20.56Mpa＜〔τ〕=170Mpa

1.2 彎矩校核

彎矩最不利位置校核：Mmax=0.78FL(F=290t，L=1.5m)，Ix=＜0.55*(0.032)3/12＞*2+(0.55*0.032*0.4842)*2+{0.024*(0.936)3/12}*2；

＝＞Ix=1152891.8cm4; Wx=23057.8cm3;

σ=M/Wx=144.2Mpa＜〔σ〕=295Mpa,安全系數(shù)n=〔σ〕/σ=2.05

當(dāng)f=0.313F=8.9*105N,選用鋼絲繩D=70mm(6*37股)時，由規(guī)范[1-2]可知鋼絲繩的安全系數(shù)為5(以鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度1400Mpa為標(biāo)準(zhǔn))

當(dāng)銷軸D=140mm時，σ=f/D*d=0.313F/0.14*0.07=90.5Mpa＜〔σ〕=295Mpa；n=〔σ〕/σ=3.3，銷軸的安全系數(shù)為3.3，

銷軸的抗剪校核[2]τ=N/A=0.5f/(3.14*702)=0.5*0.313*290*9.8*100 0/(3.14*70*70)

＝＞τ=28.9Mpa＜〔τ〕=170Mpa

腹板抗拉強(qiáng)度校核[2]σ=N/D*L=0.5*0.313*290*9.8*1000/ (140*64)，＝＞σ=49.6Mpa＜〔σ〕=295Mpa

1.3 剛度校核

扁擔(dān)梁剛度校核：對于一般的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，只要δ/L∈(L/250-L/1000),就說明剛度滿足要求；針對該扁擔(dān)梁δ的臨界撓度(10-40mm)。

＝＞δ=1.753FL3/EI

當(dāng)L=1500mm，E=206Gpa,I=1152891.4cm4,可解δ=7.1mm，所以此扁擔(dān)梁剛度滿足要求。

1.4 焊縫要求

結(jié)合以往類似構(gòu)件焊接工藝評定，底板與腹板采用雙面8mm普通角焊縫，頂板與腹板采用單面8mm普通角焊縫，隔板采用雙面6mm普通角焊縫；焊接完全滿足受力要求。

2.結(jié)語

由于扁擔(dān)梁長度﹑鋼絲繩捆綁方式與600t門吊的扁擔(dān)梁一致，250t門吊下扁擔(dān)梁(雙根)﹑75t門吊下扁擔(dān)梁(單根)受力模型分析就不再贅述。

本文中設(shè)計的該批門吊扁擔(dān)梁，在泰州長江公路大橋﹑馬鞍山長江公路大橋等項(xiàng)目大節(jié)段桿件吊運(yùn)過程中得到了良好的運(yùn)用；與市場同類型產(chǎn)品相比，該項(xiàng)目為公司節(jié)約了可觀的經(jīng)濟(jì)成本，并為后續(xù)項(xiàng)目大型吊裝提供了寶貴的借鑒意義及指導(dǎo)作用。

[1] TB 10212-98 鐵路鋼橋制造規(guī)范[S]

[2] GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]