水運工程大型預制構件四種吊裝工藝分析

【摘要】廣西防城港鋼鐵基地項目專用碼頭工程預制構件種類繁多，形狀各異，對不同的預制構件，采用了不同的吊裝工藝，本文通過計算及圖文表達，對四種吊裝工藝進行了闡述分析。

【關鍵詞】大型預制構件 結構型式各異 吊裝 計算

1. 工程概況

1.1 工程簡介

防城港鋼鐵基地項目專用碼頭工程位于企沙半島西南端，防城港企沙臨海工業園區內，本工程建設20萬噸級鐵礦石泊位（水工結構25萬噸級）1個，碼頭主要由碼頭作業平臺、系纜墩和引橋組成。

碼頭作業平臺長度467.9m，寬33m。上部結構由扇形塊、空心板、實心板、軌道梁、縱梁、聯系梁、電纜槽、污水溝預制構件組成。碼頭平臺通過1座引橋與后方陸域連接，引橋長1194.17m，寬25.0m。上部結構由40m箱梁、20m空心板預制構件組成。

1.2 構件類型

本工程預制構件總計1022片，且結構型式多樣，根據安裝條件及現場情況，分設引橋構件預制場、碼頭構件預制場進行生產。引橋預制構件采用大型龍門吊進行場內轉移，運梁車轉運，架橋機進行安裝，碼頭預制構件位于防城港東部海灣防浪堤側，采用浮吊直接進行起吊安裝。

本文通過四種具有代表性的預制構件，根據其結構型式，分別闡述其吊裝工藝。

箱梁：長40m，中梁寬度為2.4m，邊梁寬度為2.85m，高2.2m，構件最大重量為186噸；

扇形塊：為半徑7.047m的四分之一圓弧塊形狀，高1.8m，構件最大重量為242噸；

聯系梁：長13.46m，寬2.5m，高3.6m，構件最大重量為268噸；

軌道梁：長25.36m，寬3.0m，高3.6m，構件最大重量為573噸；

2. 吊裝工藝

2.1 選擇步驟

（1）技術可行性論證。對多個吊裝工藝進行比較，從先進可行、安全可靠、經濟適用、因地制宜等方面進行技術可行性論證。

（2）安全性分析。吊裝工作應安全第一，必須結合具體情況，對每一種技術可行的方法從技術上進行安全分析，找出不安全的因素和解決的辦法并分析其可靠性。

（3）進度分析。吊裝工作往往制約著整個工程的進度。所以必須對不同的吊裝工藝進行工期分析，所采用的方法不能影響整個工程的進度。

（4）成本分析。對安全和進度均符合要求的方法進行最低成本核算，獲取合理利潤。

（5）根據具體情況作綜合選擇。

2.2 吊裝工藝的選取

根據安全可靠、經濟可行的原則，對以上四種預制構件分別進行分析。

2.2.1 箱梁

箱梁為單箱單室斜腹板結構，前后對稱，因此，可采用捆綁式吊裝，箱梁為預應力結構，吊點位置到橋墩中心線的垂直距離L取110cm。

吊點的選取通過《橋梁博士3.0》進行計算，采用有限元法建立40m箱梁的結構計算模型，將吊點設置為其中一個節點，作為施工階段中的邊界條件，輸入單元特征信息和預應力束信息后，并考慮構件吊裝時的動力系數，對其進行結構安全驗算，查看每個單元的截面應力驗算是否滿足要求；經分析，取L=110cm滿足受力要求。

采用捆綁式吊裝時，應使捆綁繩各股受力均勻，并制作護邊鋼瓦片，對梁體棱邊進行保護。

2.2.2 扇形塊

扇形塊形狀不規則，且為實心結構，預埋空間充足，可考慮預埋吊環或者吊孔盒，通過比選，吊孔盒的總體用鋼量明顯少于吊環的用鋼量，因此采用預埋吊孔盒的方式進行吊裝，可有效的節約成本；吊點位置以扇形塊質心為圓心，半徑6m畫圓，均勻選取四點。

吊孔盒的下口高度由吊鉤高度決定，其上口高度即為錨固深度。吊孔盒兩側各設置一塊鋼板作為錨板，當扇形塊起吊時，錨板承受的軸心拔出力完全由錨板周邊對混凝土的沖切而產生的內力來平衡，故對混凝土抗剪強度進行驗算。

構件設4個吊點，按3個吊點進行計算

構件重量G=2420000 N，動力系數為1.2.荷載F=G*1.2=2904000 N

錨板承受的荷載為錨固力F=G/6=484000 N

公式： F ≤ uh[t]

F- 錨固力，即作用在鋼板上的軸心拉力

u- 錨板周長（mm），實際為吊鉤受力面周長，即為吊鉤端頭周長（300+50+300）=650

h- 錨固深度（mm），取 400

[t]- 混凝土的容許剪切強度（Mpa），混凝土的抗剪強度和抗壓強度之比在0.095～0.121內，C35混凝土取[t]=3.3Mpa

由公式可得

[t]=3.3 Mpa≥F/uh=1.86 Mpa

因此，混凝土抗剪強度滿足要求。實際操作時應對吊孔盒附近進行局部加強，通過配筋增強局部抗剪能力，提高安全系數。

2.2.3 聯系梁

聯系梁非對稱結構，且重心較高，捆綁吊裝穩定性不足，由于預應力束的存在，預埋空間小，因此采用預埋吊環的方式進行吊裝，吊點位置到梁端的縱向距離為130cm，吊環設計如下：

設計原則

1.吊環采用1級鋼制作，嚴禁采用冷加工鋼筋，以防脆斷。

2.吊環計算采用容許應力值，在構件自重標準值作用下，吊環的拉應力不大于50N/mm2（起吊時的動力系數已考慮在內）。

3.每個吊環按兩個截面計算，當在一個構件上設有4個吊環時，計算時僅考慮3個吊環同時發揮作用

4.吊環應盡可能按構件重心對稱布置，使其受力均勻。

（1）吊環抗拔力計算

N=3.14DLtw≥KQ0/2

N-抗拔力（N）；K-安全系數，大于等于4

Q0-一個吊環起吊的重量（N）；d-吊環直徑；L-鋼筋錨固長度

tw-混凝土與鋼筋表面的粘結強度（2.0～3.0MPa）

鋼筋錨固長度L≥ KQ0/（2*3.14*D*tw）

Q0（N）=900000；得L（mm）= 2084.54

因此，取吊環長度L（mm）=2200

（2）吊環局部承壓計算

KdQ0/bd ≤ fcd

Kd -動力系數，Kd=1.5；Q0 -一個吊環起吊的重量（N）；d -吊環直徑（mm）；b -吊勾寬度（mm）

fcd-鋼材局部承壓強度設計值，fcd=215MPa；b（mm）取120

KdQ0/bd=102.3 ≤fcd=215MPa 因此，滿足要求。

（3）彎曲直徑

1級鋼筋彎曲半徑2.5d；彎曲直徑D（mm）不小275，取320mm

3. 結語

本文從工程實際出發，對四種吊裝工藝的基本過程進行了介紹，對技術要點進行了計算，也不乏對相關技巧的說明；不同工程有其不同特點，實際應用中應結合具體工程的實際情況進行分析，根據吊裝工藝的選取原則，選擇最恰當的吊裝方式。

【參考文獻】

1、交通部行業標準.公路橋涵設計通用規范（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，2004

2、汪正榮，朱國梁編著，簡明施工計算手冊（第二版）.北京：中國建筑工業出版社，2005