泰州長江公路大橋鋼結構門吊扁擔梁制作受力過程分析

王 琴

武漢橋梁建筑工程監理有限公司

泰州長江公路大橋鋼結構門吊扁擔梁制作受力過程分析

王 琴

武漢橋梁建筑工程監理有限公司

扁擔梁是一種大型物件和結構件吊裝的吊具，可以使被吊裝物件受力合理，避免產生過大的彎曲變形、損壞等，被廣泛應用在運輸、工業和建筑工程安裝等行業。在泰州長江公路大橋、馬鞍山長江公路大橋等項目大節段桿件吊運實踐中得到了檢驗和發揮了良好的效益。本文重點研究了門吊扁擔梁定型、受力分析計算、校核等內容，為同類項目的大型物件吊裝提供借鑒。

門吊；扁擔梁；鋼結構；設計截面

泰州長江大橋主橋位三塔兩跨連續鋼箱梁懸索橋，采用中﹑邊塔不等高索塔，中索塔為鋼結構，邊索塔為混凝土結構。主纜跨度布置為390+1080+1080+390(m)的對稱結構。

中索塔縱向呈人字型結構，塔頂高程為200m，鋼塔柱高191.5m。從下到上共分為三個區段，下部斜腿段﹑曲線過渡段及上部直線段，曲線過渡段半徑為100m。中索塔橫向為框架結構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，橫橋向寬5m；縱橋向寬由6.6m-15.5m。

鋼塔柱分為23種節段(D0-D20及上下橫梁)，節段長4m-15m除調整接口其余節段連接采用端面金屬接觸與摩擦型M30高強螺栓連接并用的接頭形式。最大節段D5重約495t,鋼塔總重約為12000t。

針對泰州鋼塔大節段的制造﹑運輸以及翻身，特大型門吊發揮了巨大的作用，泰州鋼塔節段制造現場有600t﹑250t及75t門吊，作為特大型門吊的附屬結構，扁擔梁是一種大型物件和結構件吊裝的吊具，被廣泛應用在運輸﹑工業和建筑工程安裝等行業。使用扁擔梁，可以使被吊裝物件在吊裝過程受力合理，避免產生過大的彎曲變形﹑損壞等。扁擔梁有固定吊點型和可變吊點型，扁擔梁主體一般用工字鋼﹑無縫鋼管等型鋼來制造，吊裝過程中選用何種吊梁實際上包括選材﹑定型﹑力學性能指標的計算，與校核﹑制造和合理使用等內容。扁擔梁是非標吊具，國家標準中沒有統一的結構形式與尺寸，必須按國家有關的技術規范[1-2]，根據不同使用場合和用戶的不同要求進行設計。

考慮到扁擔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受載情況這樣這樣可以最大限度發揮材料強度潛力。

1.受力過程分析

一，600T門吊下扁擔梁(雙根)受力模型分析：假設單根扁擔梁受力為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；

設繩子與扁擔梁夾角為45°時f的垂直分力為F1；

設繩子與扁擔梁夾角為63°時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；

由鋼結構設計規范[2]可知：鋼材Q345c，當板厚在16-35mm時，設計抗拉﹑抗壓強度f=295Mpa；抗剪強度fv=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n=〔σ〕/σ=2.05

當f=0.313F=8.9*105N,選用鋼絲繩D=70mm(6*37股)時，由規范[1-2]可知鋼絲繩的安全系數為5(以鋼絲繩公稱抗拉強度1400Mpa為標準)

當銷軸D=140mm時，σ=f/D*d=0.313F/0.14*0.07=90.5Mpa＜〔σ〕=295Mpa；n=〔σ〕/σ=3.3，銷軸的安全系數為3.3，

銷軸的抗剪校核[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

扁擔梁剛度校核：對于一般的鋼結構構件，只要δ/L∈(L/250-L/1000),就說明剛度滿足要求；針對該扁擔梁δ的臨界撓度(10-40mm)。

＝＞δ=1.753FL3/EI

當L=1500mm，E=206Gpa,I=1152891.4cm4,可解δ=7.1mm，所以此扁擔梁剛度滿足要求。

1.4 焊縫要求

結合以往類似構件焊接工藝評定，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.結語

由于扁擔梁長度﹑鋼絲繩捆綁方式與600t門吊的扁擔梁一致，250t門吊下扁擔梁(雙根)﹑75t門吊下扁擔梁(單根)受力模型分析就不再贅述。

本文中設計的該批門吊扁擔梁，在泰州長江公路大橋﹑馬鞍山長江公路大橋等項目大節段桿件吊運過程中得到了良好的運用；與市場同類型產品相比，該項目為公司節約了可觀的經濟成本，并為后續項目大型吊裝提供了寶貴的借鑒意義及指導作用。

[1] TB 10212-98 鐵路鋼橋制造規范[S]

[2] GB 50017-2003 鋼結構設計規范[S]