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        1-50 m 單箱雙室鋼箱梁橋吊運(yùn)與承載能力驗(yàn)算分析

        2022-08-03 09:58:00杜虎明申鐵軍
        山東交通科技 2022年2期
        關(guān)鍵詞:吊耳吊車鋼箱梁

        杜虎明 ,申鐵軍

        (1.山西路橋橋隧工程有限公司,山西 朔州 036000;2.山西路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006)

        引言

        青蘭國家高速公路長治至延安聯(lián)絡(luò)線(G2211)采用分離式路基,設(shè)計(jì)行車速度80 km/h,山西境G341 大橋,上部結(jié)構(gòu)為1×50 m 簡支鋼箱梁,單幅橋梁寬度為12.5 m。G341 鋼箱梁橋鋼箱梁孔跨布置為1-50 m,采用全焊接單箱雙室鋼箱梁橋。全橋采用Q355qD 鋼板,分為左右兩幅,每幅橋用鋼量為345 t,合計(jì)用鋼量690 t。采用場內(nèi)節(jié)段制作,使用大平板運(yùn)輸至橋位。鋼箱梁節(jié)段屬于超重超限構(gòu)件,且運(yùn)輸路程較遠(yuǎn),運(yùn)輸線路上干擾多,需提前勘測路線,保證運(yùn)輸路線暢通。在運(yùn)梁車上做運(yùn)梁支架及其他安全措施,專人負(fù)責(zé),科學(xué)編制構(gòu)件運(yùn)輸?shù)跹b順序,保證各工序協(xié)調(diào)、高效、安全施工。

        1 鋼箱梁運(yùn)輸

        根據(jù)本橋所在位置,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,加工場地設(shè)置在距離橋位3.5 km 的本高速服務(wù)區(qū)施工臨時(shí)場地內(nèi)。經(jīng)沿途實(shí)際現(xiàn)場勘察,根據(jù)橋梁承重、架空路線凈高及彎道半徑,運(yùn)輸線路內(nèi)道路滿足運(yùn)梁板車行駛要求,根據(jù)以前類似性質(zhì)工程的經(jīng)驗(yàn)以及本工程的特點(diǎn),鋼梁全部節(jié)段及零部件均采用低平板重型半掛車運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場橋位。從鋼梁加工場地出發(fā),經(jīng)由施工便道右轉(zhuǎn)至新程線,然后再右轉(zhuǎn)上運(yùn)至吊裝施工現(xiàn)場,運(yùn)輸車輛選擇重型平板式半掛車。

        1.1 封閉交通措施

        鋼梁作業(yè)前,組織運(yùn)輸板車司機(jī)及前相關(guān)人員對線路實(shí)施預(yù)演,熟悉運(yùn)輸線路,預(yù)測可能發(fā)生的情況。從施工便道進(jìn)入G341 運(yùn)至吊裝現(xiàn)場約1.5 km,國道G341 凈寬7.5 m,應(yīng)與當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞴懿块T協(xié)調(diào),采取臨時(shí)封閉交通措施。運(yùn)輸過程服從當(dāng)?shù)亟煌ㄖ鞴懿块T的協(xié)調(diào)指揮,正常運(yùn)輸速度必須控制在10 km/h 以下,施工便道不平整道路控制在5 km/h 以下。

        1.2 進(jìn)行捆扎加固

        從運(yùn)輸構(gòu)件橫向?qū)摻z繩進(jìn)行捆扎加固,每個(gè)構(gòu)件橫向捆扎三道,用3 ~5 t 手動(dòng)葫蘆進(jìn)行捆扎緊固。為防止鋼梁運(yùn)輸過程中橫向失穩(wěn)傾覆,保持鋼梁的穩(wěn)定,在鋼梁的懸挑側(cè)利用工字鋼加工2 個(gè)臨時(shí)支撐,并與鋼梁進(jìn)行焊接,確保運(yùn)輸安全可靠。

        1.3 構(gòu)件節(jié)段包裝

        構(gòu)件節(jié)段的包裝必須在涂裝干燥后進(jìn)行,并應(yīng)防止損傷漆面。構(gòu)件上、下都安裝警示燈。構(gòu)件節(jié)段應(yīng)標(biāo)明編號、分類以免混淆。重大構(gòu)件出廠前應(yīng)進(jìn)行稱重,并標(biāo)明重心,重量位置和定位標(biāo)記。

        2 鋼箱梁吊裝及地基承載力驗(yàn)算

        本橋鋼箱梁采用支架法吊裝方式。將節(jié)段從工廠轉(zhuǎn)運(yùn)至橋位后,依照設(shè)計(jì)要求,將節(jié)段用吊車吊至橋墩上,進(jìn)行合龍焊接。鋼箱梁安裝前,應(yīng)對墩頂高程、中線及每孔跨徑進(jìn)行復(fù)測,不超過允許偏差紅線方可安裝。

        2.1 吊裝最不利工況分析及地基承載力驗(yàn)算

        鋼箱梁每幅共分為6 個(gè)吊裝段,最大尺寸為19.2 m,最大重量60 t,吊裝高度最高19 m。

        2.1.1 吊裝最不利工況分析及地基承載力驗(yàn)算

        針對鋼箱梁吊裝最不利工況進(jìn)行分析,最大重量箱體重60 t。箱體尺寸:長19.2 m,寬6.4 m,高2.5 m。根據(jù)現(xiàn)場情況,吊車起吊高度最高為19 m,吊裝半徑9 m。300 t 汽車吊在吊裝半徑為9 m,臂長40.25 m 時(shí),可以吊裝75 t 重,所以選擇一臺300 t 汽車吊作為起重機(jī)。

        (1)300 t 汽車吊自重為72 t,配重為100 t,最大吊重為60 t,吊鉤重量為2 t。(2)單個(gè)汽車吊的最大支腿反力為117 t,汽車吊支腿下設(shè)置2.8 m×2.8 m×15 cm 的基板。汽車吊支腿下最大的地基承載力為149.2 kPa。(3)根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50068—2001),考慮1.5 倍的可變荷載分項(xiàng)系數(shù),最大的地基承載力為223.8 kPa。(4)驗(yàn)算結(jié)論:在吊裝前,需對地面進(jìn)行地基承載力試驗(yàn),保證地基承載力>223.8 kPa。對于承載力不足的地面,進(jìn)行混凝土鋪裝硬化。

        2.1.2 吊耳的選擇

        吊耳采用與鋼混組合梁同材質(zhì)的Q355qD 鋼板,最大吊裝段重量為60 t,吊裝時(shí)3 點(diǎn)受力,即每個(gè)吊耳承重為20 t。吊耳選取根據(jù)《船體分段吊耳制作安裝技術(shù)要求》(JS/S-006—2007),為保證現(xiàn)場吊裝安全,擴(kuò)大安全系數(shù),吊裝選取D30 t 吊耳(即單個(gè)吊耳承重為30 t)。此吊耳采用厚度為30 mm 鋼板,吊耳長度為280 mm,吊耳孔直徑為80 mm,吊耳與箱梁頂板全熔透焊接。每段鋼箱梁采用4個(gè)吊耳吊裝,吊耳布置圖原則同主線橋吊耳布置。吊耳材質(zhì)與鋼箱梁材質(zhì)相同,均采用Q355qD 鋼板,吊耳選用大連船舶重工集團(tuán)有限公司船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究所D30 型標(biāo)準(zhǔn)板眼。

        2.1.3 焊縫的驗(yàn)算

        Q355 焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值σfw=200 N/mm2,對于對接T 型焊縫強(qiáng)度:

        式中:σw—焊縫應(yīng)力,N/mm2;Lw—焊縫有效計(jì)算長度,mm,Lw=240 mm(減去兩端頭各20 mm 熱影響區(qū));t—熱影響區(qū),mm,t=30 mm??紤]1.3 倍不均衡系數(shù),則焊縫應(yīng)力σw=36.11 N/mm2<σfw=200 N/mm2,滿足要求。

        利用拉曼公式計(jì)算吊耳孔壁擠壓應(yīng)力,滿足d-d1 ≤0.02d的先決條件,應(yīng)用拉曼公式板孔校核:

        式中:k—?jiǎng)虞d系數(shù),k=1.1;σ—板孔壁承壓應(yīng)力,MPa;P—吊耳板所受外力,N;δ—板孔壁厚度,mm;d—板孔孔徑,mm;d1—吊軸直徑,mm;R—吊耳板外緣有效半徑,mm;r—板孔半徑,mm;fw—吊耳板材料抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,N/mm2;

        驗(yàn)算結(jié)論為焊縫許用應(yīng)力σ=53.9 N/mm2<fw=355 N/mm2,滿足要求。

        2.1.4 鋼絲繩承載力驗(yàn)算

        選取Φ56 mm 纖維芯鋼絲繩,公稱抗拉強(qiáng)度1 960 MPa,查《重要用途鋼絲繩》(GB/T8918—2006),其破斷拉力為2 030 kN。本工程最重節(jié)段為60 t,每個(gè)吊點(diǎn)采用單根鋼絲繩,單根鋼絲繩受力F=253 kN(吊裝時(shí)按3 點(diǎn)受力計(jì)算)單根鋼絲繩安全系數(shù)K=6.58 >6,滿足要求。經(jīng)過驗(yàn)算,鋼絲繩的選型滿足要求。鋼繩的拉力為25.29 t,為安全起見卸扣選取30 t 的卸扣。

        2.2 吊裝技術(shù)分析

        2.2.1 吊裝順序分析

        吊裝順序?yàn)橄鹊跹b右幅,由大里程側(cè)向小里程側(cè)吊裝,右幅依次:A →E →C;左幅依次:B →F →D。吊車占位在臨時(shí)支架外側(cè),運(yùn)梁車??吭诘踯嚺裕\(yùn)梁車到場后立即吊裝,以免二次倒運(yùn)。吊車一次占位吊裝一片梁。吊車工作半徑9 m,吊裝高度最高19 m,最低17 m。吊車占位與吊耳布置見圖1。

        圖1 吊車占位與吊耳布置

        2.2.2 吊裝工藝分析

        (1)拼裝

        鋼梁拼裝過程中,項(xiàng)目測量人員應(yīng)在鋼箱梁上布設(shè)固定的測量控制點(diǎn),對其進(jìn)行全過程檢測。張忠伍等[1]認(rèn)為:鋼梁在吊裝前,測量人員提前在臨時(shí)支架頂部放出鋼梁邊線及中心線,便于鋼梁吊裝定位;同時(shí)復(fù)核臨時(shí)支架頂部高程(即鋼梁底板高程)是否準(zhǔn)確,如果誤差超過規(guī)范要求,及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。鋼梁每拼裝完畢一節(jié)后,測量人員對安裝完畢的鋼梁頂板進(jìn)行十字測量放線,同時(shí)進(jìn)行高程測量,復(fù)核鋼梁平面方向和垂直方向是否安裝正確,如果誤差超過規(guī)范要求,及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

        (2)定位

        當(dāng)分段吊鉤與鋼梁頂板四個(gè)吊點(diǎn)掛好結(jié)束后,安全員對其進(jìn)行檢查驗(yàn)收,合格后,再由吊裝指揮員指揮吊車司機(jī)將分段緩慢起升(吊裝前在分段箱體上系設(shè)好2 根防風(fēng)麻繩,以控制分段在空中時(shí)的狀態(tài))。張聰[2]試驗(yàn),在達(dá)到預(yù)定起升高度時(shí)(超過臨時(shí)支架頂表面1 m 以上),吊裝指揮指揮吊車緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)吊臂到預(yù)定安裝位置上方后,吊車緩慢落鉤將分段吊運(yùn)至臨時(shí)支架頂面20 cm 左右停下,然后人工參照事先放出鋼梁底板邊線、中心線將鋼梁初步定位后吊車再繼續(xù)落鉤至安裝位置。

        2.2.3 吊裝注意事項(xiàng)與吊裝工況

        申鐵軍[3]認(rèn)為,在承載鋼梁分段的H 型鋼上焊接一個(gè)千斤頂反力點(diǎn),通過千斤頂?shù)捻斖屏硗瓿射摿鹤笥椅恢玫恼{(diào)整。現(xiàn)場使用的所有鋼繩、卸扣、掛鉤等吊裝用具都應(yīng)按照本方案中計(jì)算后所要求的規(guī)格,只允許超出此規(guī)格,不允許減?。桓鞣N吊具購買后要有質(zhì)量合格證書,自有的吊具要按照相關(guān)要求進(jìn)行保養(yǎng),要達(dá)到使用要求,方可使用;進(jìn)場的吊具要嚴(yán)格檢驗(yàn)是否符合吊裝要求,對斷絲的鋼絲繩要及時(shí)更換,掛鉤、卸扣要在使用過程中隨時(shí)檢查是否出現(xiàn)安全隱患,如果有發(fā)生安全隱患,要及時(shí)修補(bǔ)、更換。300 t 汽車吊裝工況分析見表1、圖2。

        表1 300 t 汽車吊裝工況

        鋼梁正式起吊前,每段鋼梁必須試吊一次。同時(shí),需注意兩點(diǎn):首先,鋼箱梁需由運(yùn)梁車選取合適的路徑由鋼梁廠運(yùn)輸?shù)降跹b指定位置;其次吊裝工作開始前,要提前勘察吊裝場地,探明吊車占位處地下有無陰溝、暗井,避免吊裝時(shí)吊車傾覆,造成危險(xiǎn)。

        3 結(jié)語

        以青蘭國家高速公路長治至延安聯(lián)絡(luò)線(G2211)山西境G341 大橋,上部結(jié)構(gòu)為1×50 m 簡支鋼箱梁為研究對象,進(jìn)行了鋼箱梁吊裝及地基承載力驗(yàn)算。對300 t 汽車吊裝不同工況參數(shù)進(jìn)行對比分析,結(jié)合施工難度、吊車站位確定合理的鋼箱梁吊裝方案:先吊裝右幅,由大里程側(cè)向小里程側(cè)吊裝,右幅依次:A →E →C;左幅依次:B →F →D。

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