鋼棧橋整體吊裝過程中鋼絲繩受力及結構穩定性計算

黃佩兵，陳亞修，萬月英

(江西省水電工程局，江西 南昌 330096)

鋼棧橋整體吊裝過程中鋼絲繩受力及結構穩定性計算

黃佩兵，陳亞修，萬月英

(江西省水電工程局，江西 南昌 330096)

在大型鋼構件吊裝過程中，構件在不同狀態下的鋼絲繩受力和結構穩定性計算往往被工程技術人員忽視，這將帶來很大的安全風險。本文以鋼棧橋整體吊裝為例，詳細闡述了鋼絲繩受力和結構穩定性計算過程。

鋼構件；吊裝狀態；鋼絲繩受力；結構穩定性計算

0 引言

近年來，隨著我國經濟的不斷發展,電力需求旺盛,發電機組的裝機容量越來越大。因而輸煤鋼棧橋跨度和高度不斷增加，單跨鋼棧橋重量也越來越大。隨著現代施工技術的發展，同時為減少高空安裝工作量，鋼棧橋安裝時，施工單位越來越多地采取整體吊裝方案。

工程技術人員在編制鋼棧橋吊裝方案時，在場地布置、正常提升狀態下的鋼絲繩受力計算、吊機選型及其工況選擇等方面描述比較詳細，但往往忽視了某些吊裝狀態下的鋼絲繩受力和結構穩定性計算。在重量達數十噸甚至上百噸的鋼棧橋吊裝中，計算工作的缺失將帶來很大的安全風險。

1 吊裝過程中不同狀態下的鋼絲繩受力計算

一般情況下，鋼棧橋安裝好以后都具有一定的坡度。鋼棧橋在地面拼裝成整體時，拼裝平臺一般都是水平的。也就是說，吊裝時鋼棧橋將從水平狀態變成具有一定坡度的正常提升狀態。采用單臺起重機吊裝時，鋼絲繩在起吊初始階段和正常提升階段受力是不同的。下面將以某電廠輸煤鋼棧橋整體吊裝工程為例進行詳細說明。

鋼棧橋由2個榀鋼桁架、屋面梁、橋面梁及支撐組成，外形尺寸為49 589mm×5 000mm×4 500mm。采用4點進行整體吊裝，如圖1所示。

1.1 鋼棧橋處于水平狀態時的吊裝階段

鋼棧橋的組裝工作在安裝現場的地面上進行，剛開始吊裝時，鋼棧橋處于水平狀態。鋼棧橋水平狀態起吊示意圖及鋼絲繩受力示意圖分別如圖2、圖3所示。鋼棧橋、操作平臺、安全設施及吊索總重為108.5t。鋼絲繩計算時不考慮不平衡系數和動荷載系數，4根鋼絲繩受力分別為F1，F2，F3，F4。

圖1 鋼棧橋整體吊裝示意

圖2 鋼棧橋水平狀態起吊示意

圖3 鋼絲繩受力示意

剛開始吊裝時，鋼棧橋處于水平位置(0°)，鋼棧橋以低端為支點旋轉，鋼棧橋高端剛離開地面時，吊鉤所受拉力為F。根據力矩平衡原理可知：

(23 622+817)×F=23 622×108.5×9.8 ，

F=1027.75kN。

如圖2所示，根據力的分解與合成理論，可以求出鋼絲繩受力F1～F4的值：

F1=F2=295.68kN，

F3=F4=328.41kN。

1.2 鋼棧橋坡度為3°時的吊裝階段

在鋼棧橋姿態從水平位置(0°)變至3°的過程中，低端一直未離開地面，地面承受一部分荷載。鋼棧橋完全離開地面后，與水平面夾角為3°，鋼絲繩受力不再發生變化，進入正常的提升階段。鋼棧橋坡度為3°時的起吊示意及節點1～4的鋼絲繩受力示意分別如圖4、圖5所示。

圖4 鋼棧橋坡度為3°時的起吊示意

圖5 鋼絲繩受力示意

如圖5所示，同理可以求出鋼絲繩受力F1～F4的值：

F1=F2=279.53kN，

F3=F4=364.05kN。

由此可知，在鋼棧橋姿態從水平位置(0°)變至3°的過程中，F3與F4變大，F1與F2變小。因此，在選擇鋼絲繩型號和規格時，應以吊裝過程中鋼絲繩所受的最大值為依據。

2 結構穩定性計算

鋼棧橋吊裝過程中，由于綁扎點(吊點)要承受鋼絲繩傳遞的壓力，因此應對吊裝節點位置進行加固，加固措施如圖6所示。并應依據吊裝節點受力情況，對吊裝節點3(4)在最大受力情況下進行結構穩定性計算。節點3(4)受力分解如圖7所示。

圖6 加固措施

圖7 節點3(4)受力分解

由于鋼絲繩綁在節點位置，作用力對上弦桿產生的彎矩很小，驗算省略。

2.1 上弦桿平面外穩定性計算

上弦桿平面布置有HM340×250×9×14熱軋H型鋼(Q235B)，間距4 450mm，吊裝時產生的分力F32(55.09 kN)由該H型鋼承擔(屋面支撐剛性較小，不考慮分擔該分力)。查GB/T 11263—2010《熱軋H型鋼和剖分T型鋼》[1]可知弱軸iy=60.5 mm，截面積A=9 953 mm2，計算長度l0y=5 000 mm，λy=l0y/iy=5 000/60.5=82.6。

查GB 50017—2003《鋼結構設計規范》[2]附錄表C-2，穩定系數φ=0.67。

穩定性計算：N/(φA)=55 090/(0.67×9 953)=8.3 (MPa)

2.2 上弦桿受壓穩定性計算

吊裝時產生的分力F31(193.94 kN)由上弦桿HW400×400×13×21(Q345B)承擔；查GB/T 11263—2010《熱軋H型鋼和剖分T型鋼》可知弱軸iy=101 mm，截面積A=21 870 mm2，計算長度l0y=4 450 mm。λy=l0y/iy=4 450/101=44.1。

查GB 50017—2003《鋼結構設計規范》附錄表C-2，穩定系數φ=0.84。

穩定性計算：N/(φA)=193 940/(0.84×21 870)=10.6 MPa

2.3 吊裝節點加勁肋穩定性計算

根據 GB 50017—2003《鋼結構設計規范》4.3.7條，吊裝時產生的分力F33(293.14 kN)由吊點加勁肋與上弦桿部分腹板(Q345B)承擔，組合截面如圖8所示。

圖8 組合截面

經計算可知ix=iy=75.8 mm，截面積A=9 578 mm2，計算長度l0y=358 mm。λy=l0y/iy=358/75.8=4.7。

查GB 50017—2003《鋼結構設計規范》附錄表C-3，穩定系數φ=0.998。

穩定性計算：N/(φA)=293 140/(0.998×9 578)=30.7 (MPa)

3 注意事項

鋼構件吊裝初始階段，隨著構件姿態發生變化，吊鉤與構件重心之間的距離也發生變化，因此吊鉤所受的拉力和鋼絲繩受力均要發生變化，這一特征在構件的安裝坡度越大時越明顯。在工程技術人員編制吊裝方案過程中，想要全面了解鋼絲繩的受力變化，必須計算有代表性的吊裝狀態下的鋼絲繩受力，否則將無法保證吊裝過程的安全。

鋼結構采用整體吊裝，具有重量大的特點，構件節點要承受鋼絲繩的巨大壓力，加之原設計未驗算過鋼棧橋整體吊裝狀態下結構的穩定性，因此制定吊裝方案時對結構進行加固和穩定性計算也是必不可少的。

4 結束語

在編制大型鋼結構吊裝方案時，工程技術人員應根據鋼構件吊裝的特點，詳細計算不同吊裝階段的鋼絲繩受力，且應制定必要的加固措施和對結構進行穩定性計算，從技術方面保證吊裝過程的安全。

[1]熱軋H型鋼和剖分T型鋼：GB/T 11263—2010[S].

[2]鋼結構設計規范：GB 50017—2003[S].

(本文責編：齊琳)

2017-04-21；

2017-05-07

U

A

1674-1951(2017)07-0004-03

黃佩兵(1975—)，男，江西撫州人，高級工程師，從事生產施工一線技術管理方面的工作(E-mail:gcjhpb@126.com)。