泰州長(zhǎng)江公路大橋鋼結(jié)構(gòu)門(mén)吊扁擔(dān)梁制作受力過(guò)程分析

王 琴

武漢橋梁建筑工程監(jiān)理有限公司

泰州長(zhǎng)江公路大橋鋼結(jié)構(gòu)門(mén)吊扁擔(dān)梁制作受力過(guò)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(guò)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(zhǎng)江公路大橋、馬鞍山長(zhǎng)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(mén)吊扁擔(dān)梁定型、受力分析計(jì)算、校核等內(nèi)容，為同類(lèi)項(xiàng)目的大型物件吊裝提供借鑒。

門(mén)吊；扁擔(dān)梁；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)截面

泰州長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)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(gè)區(qū)段，下部斜腿段﹑曲線過(guò)渡段及上部直線段，曲線過(guò)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(zhǎng)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(duì)泰州鋼塔大節(jié)段的制造﹑運(yùn)輸以及翻身，特大型門(mén)吊發(fā)揮了巨大的作用，泰州鋼塔節(jié)段制造現(xiàn)場(chǎng)有600t﹑250t及75t門(mén)吊，作為特大型門(mén)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(guò)程受力合理，避免產(chǎn)生過(guò)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(wú)縫鋼管等型鋼來(lái)制造，吊裝過(guò)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(jì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)形式與尺寸，必須按國(guó)家有關(guān)的技術(shù)規(guī)范[1-2]，根據(jù)不同使用場(chǎng)合和用戶的不同要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(guò)程分析

一，600T門(mén)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(shí)f的垂直分力為F1；

設(shè)繩子與扁擔(dān)梁夾角為63°時(shí)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(jì)規(guī)范[2]可知：鋼材Q345c，當(dāng)板厚在16-35mm時(shí)，設(shè)計(jì)抗拉﹑抗壓強(qiáng)度f(wàn)=295Mpa；抗剪強(qiáng)度f(wàn)v=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(shí)，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(chēng)抗拉強(qiáng)度1400Mpa為標(biāo)準(zhǔn))

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

銷(xiāo)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(duì)于一般的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，只要δ/L∈(L/250-L/1000),就說(shuō)明剛度滿足要求；針對(duì)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(lèi)似構(gòu)件焊接工藝評(píng)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(yǔ)

由于扁擔(dān)梁長(zhǎng)度﹑鋼絲繩捆綁方式與600t門(mén)吊的扁擔(dān)梁一致，250t門(mén)吊下扁擔(dān)梁(雙根)﹑75t門(mén)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(jì)的該批門(mén)吊扁擔(dān)梁，在泰州長(zhǎng)江公路大橋﹑馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋等項(xiàng)目大節(jié)段桿件吊運(yùn)過(guò)程中得到了良好的運(yùn)用；與市場(chǎng)同類(lèi)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(jì)規(guī)范[S]