四腳空心方塊新型吊具的設計與應用

趙 超，李長鎖

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

深圳海上運動基地工程需預制安裝四腳塊3 112塊，在移運、安裝過程中需要大量的吊裝，四腳空心方塊移運、安裝通常采用塊體平放，然后穿綱絲繩兜腳或用鋼鉤鉤底的起吊方法。此方法施工麻煩，效率低，消耗人工較多，而且容易損壞塊體的棱角。采用新型四腳空心方塊吊具，具有施工方便，效率高，不易損壞塊體的棱角的特點。

1 吊具結構設計

新型吊具外觀呈現圓筒狀，圓筒上部沿筒壁橫截面方向設置4個吊孔，由鋼絲繩和卡環配合吊運，圓筒的底部沿圓筒直徑等距離焊接4個卡頭，對角卡頭的距離略小于四腳空心方塊中部空心部分（截面一般為正方形）對角線距離，安放時將圓筒的4個卡頭對準方塊中間空心正方形部分的4個角點，另外在圓筒的內部靠近底部焊接1 cm厚的鋼板，鋼板的正中間設置吊孔，在斜坡面安裝四腳空心方塊時，采取該吊孔，吊起的四腳空心方塊可自然成傾斜狀，方便防波堤或護岸斜面安裝。見圖1。

吊具在放入四腳空心方塊中后，待卡頭穿過空心方塊的下底板面后，旋轉圓筒，使卡頭對準方塊中間空心正方形部分的四邊中點，開始起吊，完成起吊后再旋轉，取出圓筒，依次操作。使用方法如圖2。

選擇吊具上部兩對稱的吊孔，用卡環將吊具與鋼索相連接，與吊機主勾相連后即可以將四腳空心方塊平式起吊，當使用一條鋼索與內置鋼梁中吊孔相連接時，起吊離地后由于塊體重心與吊點不一致，此時塊體斜向一側，實現斜式起吊。平式起吊一般用于轉運、安裝四腳空心方塊，而斜式一般用于防波堤、護岸迎水面塊體的安裝，如圖3所示。

2 尺寸確定

根據JTS257—2008[1]，實際預制的四腳空心方塊中空矩形邊長是：L=L設±10，即398≤L≤418。

2.1 吊具直徑的確定

為保證所制吊具能順利吊裝四腳塊，吊具圓筒直徑必須小于符合規范的最小內徑四腳塊空心的邊長即：

根據無縫鋼管的規格尺寸表[2]確定圓筒采用Q235碳素鋼，規格為377 mm×6 mm。

2.2 圓筒高度的確定

圓筒中心區域為四腳塊的安裝區域，其上部為索具的區域，下部為卡頭的位置，綜合考慮各種因素，其長度L＞L1+L2+L3=666 mm，取L=660 mm。

2.3 卡頭尺寸的確定

卡頭為四腳塊與吊具的接觸區域，其外形尺寸如圖1所示，為達到能順利裝入且吊裝時不滑出的目的，卡頭尺寸為：

取卡頭長55 mm。

2.4 內置橫梁的尺寸確定

內置橫梁示意圖見圖1，為增加與圓筒的連接，保證吊具的安全，內置橫梁，兩端通過焊接在鋼管底部，穿過鋼管一段長度，其伸出部分用來加強兩端卡頭強度，橫梁高度為h=60 mm，鋼板厚度為b=10 mm。

2.5 其他尺寸的確定

吊具使用時采用卡環與兩條鋼索連接，為保證安全每一吊孔配4 t的卡環，經查詢卡環螺桿直徑為φ20，因此吊孔開孔為φ22。

3 強度計算

深圳海上運動基地四腳空心方塊的重量P=3.38 t，吊具鋼材采用Q235，許用拉應力 [σ]=190 MPa；許用剪應力 [τ]=110 MPa；鋼材的屈服點fy=215 MPa[2]，每個卡頭與鋼圓筒焊接成為一體，焊接接頭本身力學性能不均勻，焊接接頭部位所受工作應力分布不均勻，為安全考慮，分別對圓筒及卡頭材質、焊接接頭強度進行計算，實際使用中單個卡頭承受極限荷載為塊體的一半即p=P/2。

經計算，圓筒及卡頭的材質強度均符合要求。

卡頭與鋼圓筒采用45°聯合搭接焊接，角焊縫都是在切應力作用下破壞的[4]，卡頭焊接及受力情況見圖4，由受力分析可知，卡頭既是受拉，又是受彎矩的搭接接頭。

τ切=τ拉+τ彎=38.8 MPa＜66 MPa=n× [τ]，強度符合要求。

式中：n為工作條件系數0.6[5]。

4 結語

新型吊具的制作成本較低，約在500元左右，在使用中僅需要1名工人操作即可，實際起吊四腳空心方塊7 000余次，節省人工成本4萬元左右，吊具安全可靠，無變形損壞，不影響塊體的外觀質量，但由于重量稍大，需要吊機默契配合操縱工人才能將吊具運用自如。

[1]JTS257—2008，水運工程質量檢驗標準[S].

[2]GB/T 8162—2008，結構用無縫鋼管[S].

[3] 何庭蕙.工程力學[M].廣州：華南理工大學，2007.

[4] 賀才春，傅偉.焊接的疲勞應力分析[J].焊接，2004（5）：10-13.

[5]YZB 250—89，焊縫強度計算公式[S].