淺談應(yīng)用大跨徑龍門吊分段吊裝鋼結(jié)構(gòu)拱橋安全性計算分析

張兵兵 郭文君

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101100）

1 概述

濟(jì)寧環(huán)湖大道東線（太白湖新段）新泗河大橋的主橋?yàn)闄M跨泗 河 的 中 穿 系 拱 橋 。 跨 度 組 合 為30M+95m+130M+95m+30m=380m，采用鋼箱結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)總截面高度為兩米。拱肋采用相同材質(zhì)，拱肋整體傾斜10 度。主拱高38.078 m，升跨比1/3.4，次拱高26.401 m，升跨比1/3.6。泗河大橋鋼結(jié)構(gòu)分為315 個大小不等的節(jié)段，其中最重的節(jié)段J13 重達(dá)111.047 噸。鋼結(jié)構(gòu)安裝跨度37m，凈高45m，自重138T，額定起重量150t。龍門吊最不利工況按最重段吊裝考慮，即111.047t鋼結(jié)構(gòu)段從中跨吊裝。門式起重機(jī)最不利的運(yùn)行工況是按最重截面的吊裝來考慮的，即111.047t 鋼結(jié)構(gòu)截面從跨中吊起，然后移到梁的最左端或最右端。 在這個過程中，風(fēng)險很大，因此需要通過Midas Civil 建模計算分析來判斷其安全性和可行性。

2 方案比選（表1）

通過以上綜合比選，選用150t 跨墩龍門吊進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)拱橋分段吊裝，其在安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性和功效上都占有一定的優(yōu)勢。

3 龍門吊結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程龍門吊高度為45m，鋼結(jié)構(gòu)安裝最高段為中跨拱肋ZN3 段。頂部最大標(biāo)高73.034 m，門式起重機(jī)頂部最大標(biāo)高35.5 m，因此最大起升高度為37.534 M。門式起重機(jī)的起升高度可以滿足起重機(jī)所有部件的安裝和使用。

4 結(jié)構(gòu)計算參數(shù)

4.1 計算參數(shù)確定

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》-（GB50017-2017），Q235 鋼設(shè)計值如下：

（2）容許撓度不超過L/400。

4.2 設(shè)計技術(shù)參數(shù)及相關(guān)荷載大小選定

荷載類型：

（1）結(jié)構(gòu)自重[1]：由計算軟件自動計入。

（2）風(fēng)荷載[2]

（3）鋼結(jié)構(gòu)荷載[3]

本工程龍門吊施工屬戶外作業(yè)，遇風(fēng)大或下雨時應(yīng)停止施工。 當(dāng)最重的路段（111t）吊起且該路段離軌道最近時，是最不利的工況。龍門吊自重G1=2350KN，最重段G2=1110KN。吊運(yùn)最重的梁板時，單頂?shù)募休d荷為P，門式起重機(jī)的均布自重載荷為Q。

P=G1=1110×10=1110KN q=G2/L=2350×10/36=652.8KN/m

當(dāng)處于最不利工況時單個龍門吊受力平衡可得到：

N1+N2=q×L+P

N1=(36-3)/36×1110+65.28×36/2=2192.5KN

N2=3/36×1110+65.28×36/2=1267.5KN

門式起重機(jī)的一側(cè)為雙腿，腿間距為24m，單腿視為4 個輪子，兩輪之間的距離為1m。對較大受力腿的分析表明，可以得到較大受力單腿的垂直力平衡：N1=2192.5/8=274KN。

在最不利工況下，龍門吊單個車輪所受最大豎向應(yīng)力為N=274KN。

5 龍門吊結(jié)構(gòu)計算

5.1 計算目的

為保證支座在施工中的安全性和可靠性，特別對門式起重機(jī)的施工從強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計計算。

5.2 模型、邊界及荷載

據(jù)分析，門式起重機(jī)吊運(yùn)最重的一段（111t）且該段距離軌道最近時，砌塊安裝產(chǎn)生的垂向載荷和偏載較大。對最不利的工況進(jìn)行三維空間建模分析。

龍門吊結(jié)構(gòu)采用Midas 程序計算，并對各種桿件賦予各自材料特性。

6 龍門吊結(jié)構(gòu)驗(yàn)算成果匯總及結(jié)論

6.1 設(shè)計成果匯總

將最不利工況作用下，龍門吊各構(gòu)件的計算結(jié)果匯總見表2。

表2 龍門吊計算結(jié)果匯總表

6.2 設(shè)計結(jié)論

從表2 可以看出，門式起重機(jī)的強(qiáng)度在最不利載荷條件下可以滿足施工要求。在整個穩(wěn)定性校核計算中，臨界載荷系數(shù)大，安全可靠。在剛度校核計算中，支座各構(gòu)件撓度變形均在規(guī)范允許變形范圍內(nèi)（L/400），可滿足四河大橋鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的要求。

結(jié)束語

公元前10 年，在古羅馬的建筑手冊中就有了關(guān)于起重設(shè)備的記載，兩千多年的使用已經(jīng)對各類起重設(shè)備的安全性得到了充分的驗(yàn)證，但是對于一些近年來涌現(xiàn)出的新式的起重設(shè)備安全性往往還未得到驗(yàn)證，例如本文中描述的跨墩龍門吊。這就要求我們在將這些新式起重設(shè)備投入使用之前一定要對其從強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等方面進(jìn)行安全性驗(yàn)算，優(yōu)化其受力結(jié)構(gòu)，確保其在運(yùn)行過程中具有足夠大的安全系數(shù)，只有這樣才能夠放心的投入到工程生產(chǎn)當(dāng)中，只有這樣才能夠保障現(xiàn)場的施工安全，只有這樣才能夠保證工程建設(shè)順利的進(jìn)行。