黃 斌，王昌淼

(中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430012)

1 工程概況

黃石道路堆場工程陸域廊道共有13跨，最大跨度為跨堤段50.8 m,吊裝總重量達(dá)107.25 t。

2 吊裝工藝

跨堤段鋼廊道跨度最大，起重量最重，地形條件最不利，以此跨作為工況計(jì)算的依據(jù)。

2.1 分片吊裝

鋼桁架總重量大，分片吊裝的思路為：將桁架拆分為上下平弦和兩側(cè)板，兩側(cè)板分別制作成型；上下平弦在兩側(cè)板安裝完成后，由汽車吊將側(cè)板穩(wěn)固，上下平弦與側(cè)板進(jìn)行焊接連接；橋面板及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等在吊裝完成后進(jìn)行施工。分片吊裝能有效降低起重重量。

鋼廊道原材料由廠家運(yùn)至施工現(xiàn)場，跨堤段側(cè)板在靠近的引橋制作成型?？绲潭武摾鹊纻?cè)板吊耳設(shè)2點(diǎn)，關(guān)于中間節(jié)點(diǎn)對稱布置，距兩端部為3節(jié)，位于上弦桿。跨堤段鋼廊道安裝時(shí)先將側(cè)板從1#引橋移至江堤中央，然后利用240 t汽車吊安裝上游側(cè)側(cè)板，80 t汽車吊穩(wěn)定上游側(cè)側(cè)板后240 t汽車吊撤離，利用240 t汽車吊安裝下游側(cè)側(cè)板。安裝側(cè)板時(shí)，240 t汽車吊支在江堤路中，支腿全伸開。安裝跨堤段單跨鋼桁架側(cè)板，重24.44 t，考慮鋼絲繩及吊耳等的重量，吊重以25 t計(jì)。

2.1.1 鋼絲繩選擇

(1)鋼絲繩長15 m。以鋼絲繩與水平線之間的夾角不小于60°為原則。吊耳間距為14.4 m。鋼絲繩長度為15 m，那么夾角為：

arccos(14.4÷2÷15)=61.3°>60°，滿足要求。

(2)鋼絲繩的數(shù)量。鋼絲繩選擇2根，構(gòu)件上每個(gè)吊環(huán)一根鋼絲繩。

(3)鋼絲繩直徑不小于43.0 mm。水平夾角，當(dāng)鋼絲繩的長度為15 m時(shí)，鋼絲繩系掛在吊耳上后，鋼絲繩與水平線之間的夾角為61.3°。鋼絲繩的軸線拉力計(jì)算，每根鋼絲繩所受拉力為：

(25÷2×9.8)÷sin(61.3°)=139.64 kN。

43.0 mm鋼絲繩的破壞拉力計(jì)算。鋼絲繩的型式為“6×37+1”，依據(jù) 《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》 (JGJ276-2012)表A.0.1-2，可知φ43鋼絲繩當(dāng)容許拉應(yīng)力為1550 MPa時(shí)，鋼絲破斷拉力總和為1080 kN。

結(jié)論。6×37鋼絲繩考慮0.82的鋼絲繩荷載不均勻系數(shù)。根據(jù)《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ276-2012)第4.3節(jié)規(guī)定：當(dāng)利用吊索上的吊鉤、卡環(huán)鉤掛重物上的起重吊環(huán)時(shí)，安全系數(shù)不應(yīng)小于6。所以鋼絲強(qiáng)容許拉力為：0.82×1080/6=147.6 kN

139.64 kN<147.6 kN，因此，選擇直徑為43 mm，長度為10m，容許拉應(yīng)力為15500MPa的鋼絲繩滿足要求。

2.1.2 卡環(huán)選擇

卡環(huán)型號為17.5GD。同樣以軌道梁為最不利情況進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)《簡明施工計(jì)算手冊》表12-7，型號為17.5GD的卡環(huán)，其安全荷載為：171.5 kN>139.64 kN，因此滿足要求。

2.1.3 汽車吊選擇

(1)工況分析。240 t汽車吊起吊時(shí)，由汽車吊就位圖，廊道中心線距汽車回轉(zhuǎn)中心11 m，起吊點(diǎn)與汽車吊軸線水平距離為(50/2-4)=21 m,起吊工作幅度sqr(21×21+11×11)=23.7 m。

(2)查240 t汽車吊起重參數(shù)可知，吊臂36.3 m時(shí)，工作幅度23.7 m時(shí)可起重31 t>25 t；吊臂36.3 m時(shí)，，安裝高度最大為sqr(36.3×36.3-23.7×23.7)=27.5 m，安裝時(shí)需要高度為：(31.3-26.2)+15sin(70.7°)=19.2 m<27.5 m。選擇240 t汽車吊可行。

2.2 分段整體吊裝

跨堤段跨度大，起重量重，降低起重時(shí)的起重量的另一個(gè)思路為：考慮地形條件和起重量的因素，將整跨鋼廊道共14節(jié)分為4節(jié)、6節(jié)、4節(jié)三段，各段側(cè)板及上下弦桿整體制作成型，設(shè)置臨時(shí)工作平臺，作為各段的臨時(shí)支墩，并在各段吊裝完成后在平臺上將各段進(jìn)行焊接連接。過堤段鋼桁架共14節(jié)，從江側(cè)至岸側(cè)按4節(jié)、6節(jié)、4節(jié)進(jìn)行分段拼裝。三段的重量分別為30.7 t、45.9 t、30.7 t。

2.2.1 臨時(shí)工作平臺的設(shè)置

在江堤兩側(cè)斜面上各打設(shè)A900鋼管樁兩根，鋼管樁與桁架中心線距離為2.2 m，距兩側(cè)鋼廊道混凝土立柱16.1 m。每根鋼管樁設(shè)置雙牛腿，牛腿上搭工36b橫梁，橫梁上搭設(shè)工32a縱梁，間距1.0 m，縱梁上鋪100 mm×100 mm×2000 mm木方，木方間距30 cm,木方上鋪18 mm厚竹膠板形成工作平臺，牛腿頂標(biāo)高30.402 m，鋼管樁底部支撐圖如圖1。支撐平臺長7.0 m，寬4.6 m，安裝底模橫梁與縱梁時(shí)，梁外伸平臺30 cm。

圖1 鋼管樁底部支撐

2.2.1.1 支撐臺受力計(jì)算

(1) 鋼廊道對支撐臺的重力為(30.7+45.9)/2=38.3 t，工32a每米重52.7 kg，長60 m，木方、竹膠板及平臺上操作人員重以0.6 t計(jì)，整個(gè)支撐總重為38.3+52.7×60/1000+0.6=42 t。

(2) 橫梁。橫梁長7 m，橫梁的均布荷載為42×10/2/7=30 kN/m，受力計(jì)算跨徑為7 m?？箯潖?qiáng)度驗(yàn)算。主梁的最大彎矩：Mmax=ql2/8=183.75 kN·m；

σ=M/W

(1)

式(1)中，σ—橫梁的最大應(yīng)力計(jì)算值(N/mm2)；M-橫梁的最大彎矩(N.mm)；M=1.8375×108N.mm；W-橫梁的凈截面抵抗矩(mm3)；W=9.19×105mm3。

f-橫梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)，f=215.000 N/mm2； 橫梁的最大應(yīng)力計(jì)算值:σ= 1.8375×108/(9.19×105)=199.9 N/mm2； 小于橫梁的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215 N/mm2,滿足要求。

撓度驗(yàn)算。橫梁的最大撓度計(jì)算值:

ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250

(2)

式(2)中，ν—橫梁的最大撓度(mm)；q-作用在橫梁上的線荷載(kN/m)：q=30 kN/m；l-計(jì)算跨度:l=7000 mm ；E—橫梁彈性模量(N/mm2)：E=206000 N/mm2；I—橫梁截面慣性矩(mm4)，I=165300000.00 mm4； 橫梁的最大撓度計(jì)算值:

ν= 0.677×30×70004/(100×165300000.00×206000) =14.32 mm。

橫梁的最大容許撓度值: [ν]=l/250=28 mm；

橫梁的最大撓度計(jì)算值ν=14.32 mm 小于橫梁的最大容許撓度值[ν]=28 mm，滿足要求。

(3) 縱梁?？v梁間距1 m，計(jì)算跨矩最大為2.0 m，均布荷載為42×10/7/2=30 kN/m?？箯潖?qiáng)度驗(yàn)算，縱梁的最大彎矩：Mmax=ql2/8=15 kN·m。

σ=M/W

(3)

式(3)中，σ—縱梁的最大應(yīng)力計(jì)算值(N/mm2)；M-縱梁的最大彎矩(N·mm)；M = 1.5×107kN.m；W-縱梁的凈截面抵抗矩(mm3)； W = 6.92×105mm3；f-縱梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2)，f=215.000 N/mm2； 縱梁的最大應(yīng)力計(jì)算值:σ= 1.5×107/(6.92×105)= 21.67 N/mm2； 小于縱梁的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f=215N/mm2,滿足要求。

縱梁的撓度驗(yàn)算?？v梁的最大撓度計(jì)算值:

ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250

(4)

式(4)中，ν—縱梁的最大撓度(mm)；q-作用在縱梁上的線荷載(kN/m)：q=30 kN/m；l-計(jì)算跨度: l =2000 mm ；E—縱梁彈性模量(N/mm2)：E=206000N/mm2；I—縱梁截面慣性矩(mm4)，I=110800000.00 mm4。

縱梁的最大撓度計(jì)算值:

ν= 0.677×30×20004/(100×110800000×206000) =0.14 mm；

縱梁的最大容許撓度值: [ν]=l/250=8 mm； 縱梁的最大撓度計(jì)算值 ν=0.14 mm 小于次梁的最大容許撓度值[ν]=8 mm，滿足要求。

(4)木方。木方間距0.3 m，計(jì)算跨度1 m，作用在木方上的荷載:42×10/7/7=8.57 kN/m。 得到最大彎矩：Mmax=1.07kN·m；

抗彎強(qiáng)度，木方寬度100 mm，高度100 mm，截面慣性矩I和截面抵抗矩W分別為:W=10×10×10/6×1=166.667cm3；I=10×10×10×10/12×1=833.333 cm4。

抗彎強(qiáng)度應(yīng)滿足下式：

σ=M/W

(5)

式(5)中，σ-方木承受的應(yīng)力(N/mm2)；M-方木計(jì)算最大彎矩(N·mm)；W-方木的截面抵抗矩，W=1.67×105mm3；f-方木的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；f=13.000N/mm2； 方木的最大應(yīng)力計(jì)算值：σ= 1.07×106/1.67×105=6.4 N/mm2； 方木的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:[f]=13 N/mm2； 方木的最大應(yīng)力計(jì)算值 σ= 6.4 N/mm2小于方木的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=13 N/mm2，滿足要求。

方木的撓度驗(yàn)算,根據(jù)《建筑施工計(jì)算手冊》，剛度驗(yàn)算采用荷載標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)不考慮振動荷載作用。

撓度驗(yàn)算公式如下：

ν=0.677ql4/(100EI)≤[ν]=l/250

(6)

式(6)中，ν-方木的最大撓度(mm)；q-作用在方木上的線荷載(kN/m)：q=8.57 kN/m；l-計(jì)算跨度:l=1000.0 mm ；E-方木彈性模量(N/mm2)：E=9000.00 N/mm2；I-方木截面慣性矩(mm4)，I=8.33×106mm4。

方木的最大撓度計(jì)算值:

ν= 0.677×8.57×10004/(100×9000×8.33×106) = 0.77 mm；

方木的最大容許撓度值: [ν] = 4 mm；

方木的最大撓度計(jì)算值 ν=0.77 mm 小于方木的最大容許撓度值 [ν]=4 mm，滿足要求。

2.2.1.2 鋼管樁受力計(jì)算

單根鋼管樁受力為42×10/2=210 kN

根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》，鋼管樁軸向承載力可按下式計(jì)算：

Qd=(U×∑qfii×li+η×qri×A)/γR

(7)

式(7)中：Qd為單樁承載力設(shè)計(jì)值；U為樁身周長(m)；η為承載力折減系數(shù)，取0.68；γR為承載力分項(xiàng)系數(shù)，取1.55;A為樁端截面積(m2)。

根據(jù)地堪報(bào)告，鋼管樁入土?xí)r處于粉質(zhì)粘土層，qfii=42 kpa，qri=40 kpa，入土3.0 m時(shí)，其承載力為：Qd=240.88 kN>210 kN。

入土3.0 m滿足要求。

2.2.2 安裝順序

(1)第一步：安裝靠岸側(cè)的4節(jié)，重30.7 t,汽車吊就位于堤下平直段，工作幅度為srt((14.4/2)^2+6.6^2)=9.8 m，考慮富余量，以10.0 m計(jì)。

(2)第二步：安裝靠江側(cè)的4節(jié)，重30.7 t，汽車吊位于江堤路內(nèi)，與江堤軸線垂直。工作幅度為：14.4/2+(17.3-14.4)=10.1 m。

(3) 第三步：安裝中間的6節(jié)，重45.9 t，汽車吊位于江堤路中，與江堤軸線平行。此時(shí)，工作幅度為：6.6/2+3=6.3 m，考慮富余量，以7.0 m計(jì)。

2.2.3 鋼絲繩選擇

(1)鋼絲繩長10 m。以鋼絲繩與水平線之間的夾角不小于60°為原則。吊耳間距為6.6 m。鋼絲繩長度為10 m，那么夾角為：

arccos(6.6÷2÷10)=70.7°>60°，滿足要求。

(2)鋼絲繩的數(shù)量。鋼絲繩選擇4根，構(gòu)件上每個(gè)吊環(huán)一根鋼絲繩。

(3)鋼絲繩直徑不小于43.0 mm。以45.9 t起重量最不利驗(yàn)算。

①水平夾角，當(dāng)鋼絲繩的長度為10 m時(shí)，鋼絲繩系掛在吊耳上后，鋼絲繩與水平線之間的夾角為70.7°。②鋼絲繩的軸線拉力計(jì)算，考慮鋼絲繩在最不利狀態(tài)時(shí)，有三根同時(shí)受力，因此，此時(shí)每根鋼絲繩所受拉力為：

(45.9÷3×9.8)÷sin(70.7°)=158.84 kN。

③43.0mm鋼絲繩的破壞拉力計(jì)算，鋼絲繩的型式為“6×37+1”，根據(jù) 《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》 (JGJ276-2012)表A.0.1-2，可知φ43鋼絲繩當(dāng)容許拉應(yīng)力為1700 MPa時(shí)，鋼絲破斷拉力總和為1185 kN。

④結(jié)論，6×37鋼絲繩考慮0.82的鋼絲繩荷載不均勻系數(shù)。根據(jù)《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》(JGJ276-2012)第4.3節(jié)規(guī)定：當(dāng)利用吊索上的吊鉤、卡環(huán)鉤掛重物上的起重吊環(huán)時(shí)，安全系數(shù)不應(yīng)小于6。所以鋼絲強(qiáng)容許拉力為：0.82×1185/6=161.95 kN。

158.84 kN,<161.95 kN，因此，選擇直徑為43mm，長度為10m，容許拉應(yīng)力為1700MPa的鋼絲繩滿足要求。

2.2.4 卡環(huán)選擇

(1)卡環(huán)型號為17.5GD。

(2)同樣以軌道梁為最不利情況進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)《簡明施工計(jì)算手冊》表12-7，型號為17.5GD的卡環(huán)，其安全荷載為：171.5kN>158.84kN，因此滿足要求。

2.2.5 汽車吊選擇

(1)工況分析

以起重30.7 t，工作幅度11 m和起重45.9 t，工作幅度7.0 m兩種情形分析

(2)150 t汽車吊起重性能如表1所示。

表1 150 t汽車吊起重性能

(3)由表1可知，吊臂21.3 m時(shí)，工作幅度7.0 m時(shí)可起重53.3 t>45.9 t；吊臂25 m，工作幅度10.0 m時(shí)，起重量為35.7 t>30.7 t，此時(shí)，安裝高度最大為sqr(25×25-11×11)=22.4 m，安裝時(shí)需要高度為：(31.3-19)+10sin(70.7°)=21.7 m<22.4 m。

綜合兩種情形，選擇150 t汽車吊可行。

3 工藝比較

兩種吊裝工藝均具備可行性。分片吊裝時(shí)起吊過程較為簡單，但工序多，吊裝時(shí)應(yīng)注意各工序的搭接；分段吊裝時(shí)工序少，臨時(shí)工作平臺的設(shè)置是關(guān)鍵和難點(diǎn)，段與段之間的連接也是質(zhì)量控制重點(diǎn)。

4 結(jié)語

大跨度鋼廊道吊裝施工過程中，分片吊裝和分段整體吊裝均能降低起重時(shí)的起重量，降低安全風(fēng)險(xiǎn)和吊裝難度，本工程的成功實(shí)例希望能為其它類似工程提供借鑒。