臨近既有線大提升高度扶梯吊裝力學分析

李建軍 易小紅 楊華

（西繼迅達電梯有限公司，河南 許昌 461000）

臨近既有線大提升高度扶梯吊裝力學分析

李建軍 易小紅 楊華

（西繼迅達電梯有限公司，河南 許昌 461000）

在國家的鐵路基礎建設中，鐵路沿線站房、站臺對電、扶梯的需求不斷提高，并隨鐵路既有線施工。既有線扶梯施工存在吊裝難度大，安全等級高的特點。涉及鐵路運行安全，需對吊裝過程力學分析。本文基于實際工程案例，希望能給予相關工程的工作人員提供參考。

既有線；大提升高度扶梯；吊裝；力學分析

新建高鐵站應設計要求需安裝兩臺自動扶梯，扶梯垂直提升高度13.4m，安裝位置臨近既有線——正常通行鐵路線，吊裝過程需保障既有線的運營安全，故編制方案并擬定施工保障措施以保證施工安全。

扶梯外形輪廓尺寸：長32.5m，寬1.6m，高2m。單臺扶梯重量約為19t，單體自重大。吊裝過程中將扶梯分為3段，上段重9t，中間段和下段分別重5t。根據設計文件，每臺扶梯下設有3個中間支撐點，吊裝扶梯每段要從中間支撐點穿行，方至安裝位置。

扶梯井道緊鄰既有線，作業空間狹小，扶梯井道外側的鋼管支架不能拆除。施工過程中無法使用大型起吊設備，現場采用小型設備及增加吊點的方式起吊扶梯。

1 運輸及吊裝方案

1.1 運輸

采用叉車（5t叉車2臺）將自動扶梯（先下段，再中段，后上段的順序）運送至起吊點的正下方，做好起吊前準備。

1.2 吊裝方案

1.2.1 設置臨時吊點。在起吊作業面狹窄的情況下，通過增加臨時起吊點的方式起吊扶梯（如圖1所示）。

圖1 扶梯吊裝就位圖

1.2.2 起吊過程。先用小型起吊設備將扶梯下段從下側兩中間支撐空間吊起至上方臨時起吊點處，隨后采用電動葫蘆（10t、7.5t）繼續起吊，當扶梯下側超出支撐面后，采用手動葫蘆（5t）從扶梯尾部牽引，平移至設計標高。而后起吊中段和上段至設計標高，最后完成對接，完成整個施工過程。

第一個吊點用一個10t的電動葫蘆，第二個吊點用一個7.5t的電動葫蘆，第三個吊點用兩個10t的電動葫蘆，第四個吊點用一個7.5t電動葫蘆，第五個吊點用7.5t電動葫蘆。人字形龍門架與錨栓之間用5t手拉葫蘆連接［1］。

2 吊裝過程力學計算

2.1 上段扶梯吊裝計算

上段扶梯吊裝難度最大，重量最重，吊裝過程及臨時吊點組成最復雜，故需要對其吊裝過程進行驗算，在整個吊裝過程中，鋼絲繩（6×37+1）的拉力也在隨著吊裝的進行發生變化。

2.1.1 工況1。上段扶梯吊裝需要從上側兩中間支撐空間吊起，故吊裝過程中，扶梯需要與水平面成一定的夾角，初步從第二和第三吊點起吊，需要對鋼絲繩抗拉承載力進行驗算，當起吊至支點以上時，吊點2不參與工作，吊點3和人字龍門架參與工作。上段扶梯吊裝過程如圖2所示。

圖2 上段扶梯吊裝過程圖

根據受力平衡，吊裝起吊至橫梁上側時，鋼絲繩承受荷載計算如下：

①工況1-1計算。假定工況1-1狀態吊點2和吊點3和水平方向夾角分別為α和β。根據平衡條件可得：

其中，G表示上段扶梯自重為90kN；T1、T2表示扶梯相連鋼絲繩拉力。cosα=0.14,cosβ=0.099,sinα=0.99,sinβ=0.995。

解得：T1=37.65kN，T2=53.25kN。

②工況1-2計算。計算結果如下：

其中，cosα=0.70,sinα=0.72,cosβ=0.099,sinβ=0.995。

解得：T1=11.50kN，T2=82.12kN。

2.1.2 工況2。當上段扶梯起吊至上側橫梁后，第一吊點從扶梯上部牽引，將扶梯向前移動至設計標高，在此過程中，第一吊點牽引時，第二吊點不參與工作，移動過程由第一吊點和第三吊點參與工作［2］。故此時為該工況的最不利位置。具體驗算如下：

根據平衡條件可得：

其中，cosα=0.349,sinα=0.938,cosβ=0.962,sinβ=0.273。

解得：T1=67.10kN，T2=24.40kN

從上述工況計算可知，鋼絲繩的最大拉力為82.12kN，假定安全因數為2.0，故鋼絲繩最大正應力為：

從上述驗算可知，鋼絲繩在吊裝上段扶梯時強度滿足要求。

2.2 人字形門架計算

因第二、三、四吊點位置略低，不能滿足上段扶梯頂部的吊裝要求，故在吊點1增設人字形門架以滿足起吊要求。

2.2.1 最不利位置確定。人字形門架受力計算采用MIDAS模型分析，模型演變成荷載作用下的超靜定問題［3］。具體模型如圖3所示。

圖3 人字形門架MIDAS模型圖

在上段扶梯從臨時吊點2向人字形門架移動的過程中，鋼絲繩的受力及鋼絲繩和水平向的夾角一直在變化，故需驗算兩種狀態下的人字形門架受力：①吊點2和吊點3將上段扶梯吊裝至支撐上方時，人形門架參與受力，吊點2不參與受力時，即工況1-2；②上段扶梯吊裝就位，人形門架參與受力，吊點3參與受力，即工況2。

2.2.2 最不利工況驗算。根據Midas模型計算，人字形門架在加載工況2作用下，后端鋼絲繩最大拉力Fmax=5.7kN，取安全因數為2.0，鋼絲繩最大正應力：

從上述驗算可知，人字形門架后鋼絲繩在吊裝上段扶梯時強度滿足要求，從計算結果亦可看出剛度也滿足要求。

2.2.3 臨時型鋼計算。第二、三、四臨時吊點采用懸臂型鋼的方式，型鋼型號采用250×250H型鋼，型鋼尾端先2個M12×120mm錨栓固定防止位移，然后在站臺上H鋼尾部站臺面上開2個? 10cm的圓孔，再用鋼絲繩環繞固定，防止型鋼傾覆。故H型鋼按照懸臂結構計算，計算在指定荷載作用下的強度和剛度。懸挑端與起吊環采用鋼絲繩環繞固定，防止起吊環徑向位移導致的吊環滑落。

2.3 下段扶梯吊裝計算

下段扶梯吊裝初期，第三、四吊點參與工作，而后第五吊點參與工作，第四吊點不參與工作，通過第五吊點橫向拉力使下段扶梯平移到位。

下段扶梯吊裝需要從下側兩中間支撐空間吊起，故吊裝過程中，扶梯需要與水平面成一定的夾角，初步從第3和第4吊點起吊，需要對鋼絲繩抗拉承載力進行驗算，當起吊至支點以上時，吊點4不參與工作，吊點3和吊點5參與工作。下段扶梯吊裝過程如圖4所示。

圖4 下段扶梯吊裝過程圖

根據受力平衡，吊裝起吊至橫梁上側時，鋼絲繩承受荷載計算如下：

2.3.1 工況1。假定工況1-1狀態吊點3和吊點4和水平方向夾角分別為α和β。

根據平衡條件可得：

其中，G'表示下段扶梯自重為50kN；T1、T'1、T2表示扶梯相連鋼絲繩拉力；cosα=0.086,cosβ=0.068,sinα=0.996,sinβ=0.998。

解得：T1=22.14kN，T2=28.00kN。

工況1-2的計算，計算結果為：

其中，cosα=0.87,sinα=0.996,cosβ=0.96,

sinβ=0.27。

解得：T1=48.99kN，T2=4.44kN。

2.3.2 工況2。當下段扶梯起吊至上側橫梁后，第五吊點從扶梯下部牽引，將扶梯向后移動至7.2m層地面。在此過程中，第五吊點牽引，第四吊點不參與工作，移動過程由第五吊點和第三吊點參與工作。故此時為該工況的最不利位置。具體驗算如下。根據平衡條件可得：

其中，cosα=0.96,sinα=0.72,cosβ=0.069,sinβ=0.998。

解得：T1=4.67kN，T2=46.7kN。

從上述工況計算可知，鋼絲繩的最大拉力為48.99kN,假定安全因數為2.0，故鋼絲繩最大正應力：

從以上驗算可知，鋼絲繩在吊裝上段扶梯時強度滿足要求。

3 臨近既有線安全措施

①在臨近既有線作業范圍內的施工作業，均應設置防護，防護人員均需經考試合格的職工擔任，未設好防護，未經批準，不得施工。

②臨近既有線施工的機械必須由專人指揮，操作人員必須培訓考核合格持證上崗。

③臨近既有線施工人員必須培訓考核合格后才能進場施工，并且在施工區域設專職防護員，施工過程中禁止將垃圾拋入既有線，并且做到工完料清腳下清。

［1］ 鐵道部.鐵路營業線施工安全管理辦法［EB/OL］.（2012-12-09）［2017-10-09］.http://www.doc88.com/p-706892167562.html.

［2］ 國家石油和化學工業局.HG20201-2000，工程建設安裝工程起重施工規范［S］.2000.

［3］ 楊文柱.起重吊裝簡易計算［M］.北京：機械工業出版社，2007.

High-rise Escalator Hoisting Analysis in Existing Line

Li JianjunYi XiaohongYang Hua
（XJ Schindler Elevator Co.Ltd.，Xuchang Henan 461000）

In the nation’s rail infrastructure,along the railway station building and platform,the demanding of elevator and escalator are also increased,and those proceeding with the existing railway construction.For such site,the escalator installation has difficulties in hoisting and high-safety level requirement.This article was based on practical engineering case,hope to provide reference to the relevant engineering staff.

existing line；escalator with large lifting height；hoisting；mechanical analys

TN820

A

1003-5168（2017）11-0056-03

2017-10-09

李建軍（1979-），男，本科，中級工程師，研究方向：電扶梯。