鋼棧橋整體吊裝過程中鋼絲繩受力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)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(gòu)件吊裝過程中，構(gòu)件在不同狀態(tài)下的鋼絲繩受力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算往往被工程技術(shù)人員忽視，這將帶來很大的安全風(fēng)險。本文以鋼棧橋整體吊裝為例，詳細(xì)闡述了鋼絲繩受力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算過程。

鋼構(gòu)件；吊裝狀態(tài)；鋼絲繩受力；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,電力需求旺盛,發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)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(xiàn)代施工技術(shù)的發(fā)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(shù)人員在編制鋼棧橋吊裝方案時，在場地布置、正常提升狀態(tài)下的鋼絲繩受力計算、吊機(jī)選型及其工況選擇等方面描述比較詳細(xì)，但往往忽視了某些吊裝狀態(tài)下的鋼絲繩受力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算。在重量達(dá)數(shù)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(fēng)險。

1 吊裝過程中不同狀態(tài)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?qū)乃綘顟B(tài)變成具有一定坡度的正常提升狀態(tài)。采用單臺起重機(jī)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(jìn)行詳細(xì)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(diǎn)進(jìn)行整體吊裝，如圖1所示。

1.1 鋼棧橋處于水平狀態(tài)時的吊裝階段

鋼棧橋的組裝工作在安裝現(xiàn)場的地面上進(jìn)行，剛開始吊裝時，鋼棧橋處于水平狀態(tài)。鋼棧橋水平狀態(tài)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(shè)施及吊索總重為108.5t。鋼絲繩計算時不考慮不平衡系數(shù)和動荷載系數(shù)，4根鋼絲繩受力分別為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4。

圖1 鋼棧橋整體吊裝示意

圖2 鋼棧橋水平狀態(tài)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(diǎn)旋轉(zhuǎn)，鋼棧橋高端剛離開地面時，吊鉤所受拉力為F。根據(jù)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(jù)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(tài)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(fā)生變化，進(jìn)入正常的提升階段。鋼棧橋坡度為3°時的起吊示意及節(jié)點(diǎn)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(tài)從水平位置(0°)變至3°的過程中，F(xiàn)3與F4變大，F(xiàn)1與F2變小。因此，在選擇鋼絲繩型號和規(guī)格時，應(yīng)以吊裝過程中鋼絲繩所受的最大值為依據(jù)。

2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算

鋼棧橋吊裝過程中，由于綁扎點(diǎn)(吊點(diǎn))要承受鋼絲繩傳遞的壓力，因此應(yīng)對吊裝節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行加固，加固措施如圖6所示。并應(yīng)依據(jù)吊裝節(jié)點(diǎn)受力情況，對吊裝節(jié)點(diǎn)3(4)在最大受力情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算。節(jié)點(diǎn)3(4)受力分解如圖7所示。

圖6 加固措施

圖7 節(jié)點(diǎn)3(4)受力分解

由于鋼絲繩綁在節(jié)點(diǎn)位置，作用力對上弦桿產(chǎn)生的彎矩很小，驗算省略。

2.1 上弦桿平面外穩(wěn)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(chǎn)生的分力F32(55.09 kN)由該H型鋼承擔(dān)(屋面支撐剛性較小，不考慮分擔(dān)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[2]附錄表C-2，穩(wěn)定系數(shù)φ=0.67。

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

2.2 上弦桿受壓穩(wěn)定性計算

吊裝時產(chǎn)生的分力F31(193.94 kN)由上弦桿HW400×400×13×21(Q345B)承擔(dān)；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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄表C-2，穩(wěn)定系數(shù)φ=0.84。

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

2.3 吊裝節(jié)點(diǎn)加勁肋穩(wěn)定性計算

根據(jù) GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》4.3.7條，吊裝時產(chǎn)生的分力F33(293.14 kN)由吊點(diǎn)加勁肋與上弦桿部分腹板(Q345B)承擔(dān)，組合截面如圖8所示。

圖8 組合截面

經(jīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》附錄表C-3，穩(wěn)定系數(shù)φ=0.998。

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

3 注意事項

鋼構(gòu)件吊裝初始階段，隨著構(gòu)件姿態(tài)發(fā)生變化，吊鉤與構(gòu)件重心之間的距離也發(fā)生變化，因此吊鉤所受的拉力和鋼絲繩受力均要發(fā)生變化，這一特征在構(gòu)件的安裝坡度越大時越明顯。在工程技術(shù)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(tài)下的鋼絲繩受力，否則將無法保證吊裝過程的安全。

鋼結(jié)構(gòu)采用整體吊裝，具有重量大的特點(diǎn)，構(gòu)件節(jié)點(diǎn)要承受鋼絲繩的巨大壓力，加之原設(shè)計未驗算過鋼棧橋整體吊裝狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此制定吊裝方案時對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和穩(wěn)定性計算也是必不可少的。

4 結(jié)束語

在編制大型鋼結(jié)構(gòu)吊裝方案時，工程技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)鋼構(gòu)件吊裝的特點(diǎn)，詳細(xì)計算不同吊裝階段的鋼絲繩受力，且應(yīng)制定必要的加固措施和對結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性計算，從技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB 50017—2003[S].

(本文責(zé)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(chǎn)施工一線技術(shù)管理方面的工作(E-mail:gcjhpb@126.com)。