淺談高低龍門架安裝施工安全與結構性能分析

儲兵

摘 要：文章采用高低龍門架提升設備和架橋機完成箱（T）梁架設，根據設計圖紙進行安裝施工，設計中著重加強各部件聯結性能、地基處理與格構柱的承載以及門架整體穩定性，解決易變形和側移垮塌的弊端，通過結構力學與有限元分析驗算得出的應力與位移等參數控制以指導現場施工和便于工程管理，從而保證工程安全可靠。

關鍵詞：高低門架；安裝施工；結構性能；整體穩定

1 工程介紹

因預制梁場與橋面高差過大，坡度超過5%，梁板無法直接通過便道運至橋頭，故采用兩臺15m跨徑36m凈高2-85t高低提升龍門架提升設備進行梁板架設。

圖1 高低龍門吊示意圖

注：（1）圖紙尺寸單位均為mm；（2）橋面上縱梁立柱支點位于箱梁的腹板位置；（3）橋面上縱梁立柱與I25工字鋼之間采用Φ32工字鋼與橋面之間采用Φ22的螺栓進行固接；（4）在立柱均增加1個18米高的貝雷立柱輔助墩以提高龍門架在吊裝作業時的整體穩定性，為避免影響貝雷立柱基礎穩定性，輔助墩基礎不開挖，將基礎邊長以外1米范圍內原地面硬化后，澆筑1.5米高、2米寬的基礎，將貝雷立柱整體包裹在基礎里面，貝雷立柱輔助墩與貝雷立柱主墩之間點焊連接。

2 安裝施工

2.1 門架安裝過程

2.1.1 固定式龍門架的貝雷立柱、龍門架橫梁均采用201型高抗彎貝雷桁架片進行組拼，貝雷立柱輔助墩采用軍用321型貝雷桁架片進行組裝。

2.1.2 龍門架立柱為4排起立式貝雷桁架片組成，龍門架貝雷立柱地面高度為36m，橋面高度為6m，貝雷片排間距為：75cm+105cm+75cm的支撐架組成，貝雷桁架立柱基礎為C25混凝土矩形基礎臺座，在基座頂面以下30cm處加1層間距15×15的φ12鋼筋網片增加基座的承載力和抗裂性，貝雷桁架立柱的陰陽頭直接與基礎臺座上預埋的陰陽頭連接；橋面上龍門架支撐端采用雙排4層321型貝雷桁架片、105支撐架組成，龍門架橫梁、雙排4層貝雷桁架片、縱梁立柱與I25工字鋼、工字鋼與橋面之間均采用Φ32、Φ22螺栓進行固接，貝雷立柱輔助墩為4排起立式貝雷桁架片組成，高度為18m，貝雷片排間距和主墩相同均為：75cm+105cm+75cm的支撐架組成，貝雷桁架立柱基礎為C25混凝土矩形基礎臺座。

2.1.3 龍門架橫梁為4排貝雷桁架片組成，貝雷橫梁跨度為15m，貝雷桁架片排間距為：75cm+105cm+75cm的支撐架組成。

2.1.4 貝雷桁架立柱的兩側設有4對纜風繩，貝雷立柱輔助墩在墩頂設有2對纜風繩，以保證龍門架的整體穩定性。

2.1.5 單臺龍門架上安裝2臺提升能力為60t/臺的自行式天車和提升能力為6t/臺的慢速卷揚機以及兩組“4×4”提升滑車組，采用Φ21.5×6×37+1鋼絲繩，抗拉強度1700Mpa。

2.2 施工工藝流程

龍門架基礎中線、標高的測量放樣→澆筑鋼筋混凝土擴大基礎臺座→預埋臺座上的陰陽頭→貝雷桁架立柱組拼→貝雷桁架橫梁的組拼→纜風繩的穩固→安裝提升系統→安裝電纜線及電控箱→調試運行→報檢驗收→提梁

2.3 30米箱梁在提升時，體系未轉換，橋上龍門架立柱支點須位于1片梁的腹板位置，以確保受力狀態穩定，由于40米T梁自重較重，在架設前必須完成橫向、縱向濕接縫的連接，完成體系轉換后方可提升。

3 高底龍門架結構性能有限元分析

依據高低龍門架結構設計圖紙、照片、資料等使用MSC.Patran有限元建模，在各計算工況下對高低龍門整體結構進行剛度、強度分析，得出結構變形（位移）和應力分布計算結果，并對該結構在施工荷載作用下的剛度、強度進行了判定。

高低龍門架主要由高架塔架、低架塔架、橫梁及其聯接結構等組成，整個門架是一個龐大的空間力系桿件系統。模型計算施加的計算載荷主要有：結構自重、起吊設備重量和起吊重量等。

結構自重由計算程序自動施加，考慮到聯接件重量，鋼材密度適度放大，取8500kg/m3（大約增加10%），重力加速度取-9.8m/s2。

吊重載荷由甲方計算結果提供，具體有：（1）梁重700KN×K1×K2=882KN（考慮T梁澆筑混凝土時脹模系數K1=1.05；考慮T梁提升，運行時的沖擊系數K2=1.2）；（2）天車自重70KN；（3）鋼絲繩吊索48KN；上述載荷共計約882+70+48=1000KN。

3.1 荷載分析

工況一：自重作用下結構位移和應力。

工況二：滿載荷，負載靠近高架時的結構位移和應力。

工況三：滿載荷，負載位于橫梁中間時的結構位移和應力。

工況四：滿載荷，負載靠近低架約2.5m時的結構位移和應力。

貝雷片接頭的強度校核。因自重作用下承載最小，計算時考慮其余三種工況。

a）工況二載荷 b）工況三載荷 c）工況四載荷

圖2 模型加載圖

3.2 結果分析

通過四種工況計算結果分析，得出如下結論：

3.2.1 （工況二、工況三、工況四的最大位移分別為12.3mm、20.9mm、14.9mm小于允許變形37.5mm；最大應力分別為-207～169MPa、-119～137MPa、-189～182MPa低于16Mn鋼，許用應力[σ]=230MPa。

3.2.2 高低龍門架結構各個工況下的位移均小于許用位移，滿足剛度要求。工況二、三下的極值應力均小于高低龍門架材質需用應力，滿足強度要求。

3.2.3 工況四的極值應力為238MPa，略超材料許用應力[s]=230MPa。但該極值應力發生在載荷加載點上，存在應力集中現象。除去應力集中，極值應力約為231MPa，發生在橫梁豎桿上，滿足強度要求。

3.2.4 橫梁貝雷片接頭剪切強度校核。通過有限元計算，各個工況下橫梁橫桿最大軸向拉力Tmax=450000N，發生在計算工況三，貝雷片接頭承剪面積A=80×25×2=4000mm2，最大接頭切應力tmax=T/A=112.5MPa小于材料需用切應力[t]=345/1.5×0.6=138MPa，所以橫梁接頭安全。

4 結束語

4.1 計算時沒有考慮風載荷和溫度應力，建議大風工況禁止施工。

4.2 計算工況四載荷加載位置距離低柱為2.5m。由于高低柱的結構不同，載荷偏向低柱時，應力上升較快，建議施工時，載荷盡量遠離低柱。

4.3 計算時沖擊系數K2取1.2。T梁垂直運移和水平運移時，要求低速平穩，防止速度大起大落產生較大沖擊。

4.4 T梁運移時，兩臺高低龍門架起重設備要求同步，避免T梁傾斜造成其中一臺高低龍門架負載過大。現場派專人指揮同時要有備用發電機和卷揚機，防止吊梁中途故障。

4.5 文中給出高低龍門架主體結構的應力水平和變形情況，專門校核的節點除外，沒有考慮其他結構連接部位，所以在安裝和使用時要加強對節點部位的檢查和加固，如加強橫梁及長短柱的斜撐等。使用時派專人檢查并留有檢查記錄。

總體而言，通過加強各部件聯結性能、地基處理與格構柱的承載以及門架整體穩定性，高低門架有很強的實用性，再通過結構力學與有限元分析驗算得出的應力與位移等參數控制以指導現場施工和便于工程管理，從而保證工程安全可靠，為類似工程提供一定的參考。