淺談應用大跨徑龍門吊分段吊裝鋼結構拱橋安全性計算分析

張兵兵 郭文君

（中交路橋華北工程有限公司，北京 101100）

1 概述

濟寧環湖大道東線（太白湖新段）新泗河大橋的主橋為橫跨泗 河 的 中 穿 系 拱 橋 。 跨 度 組 合 為30M+95m+130M+95m+30m=380m，采用鋼箱結構。鋼結構總截面高度為兩米。拱肋采用相同材質，拱肋整體傾斜10 度。主拱高38.078 m，升跨比1/3.4，次拱高26.401 m，升跨比1/3.6。泗河大橋鋼結構分為315 個大小不等的節段，其中最重的節段J13 重達111.047 噸。鋼結構安裝跨度37m，凈高45m，自重138T，額定起重量150t。龍門吊最不利工況按最重段吊裝考慮，即111.047t鋼結構段從中跨吊裝。門式起重機最不利的運行工況是按最重截面的吊裝來考慮的，即111.047t 鋼結構截面從跨中吊起，然后移到梁的最左端或最右端。 在這個過程中，風險很大，因此需要通過Midas Civil 建模計算分析來判斷其安全性和可行性。

2 方案比選（表1）

通過以上綜合比選，選用150t 跨墩龍門吊進行鋼結構拱橋分段吊裝，其在安全性、適用性、經濟性和功效上都占有一定的優勢。

3 龍門吊結構設計

本工程龍門吊高度為45m，鋼結構安裝最高段為中跨拱肋ZN3 段。頂部最大標高73.034 m，門式起重機頂部最大標高35.5 m，因此最大起升高度為37.534 M。門式起重機的起升高度可以滿足起重機所有部件的安裝和使用。

4 結構計算參數

4.1 計算參數確定

根據《鋼結構設計標準》-（GB50017-2017），Q235 鋼設計值如下：

（2）容許撓度不超過L/400。

4.2 設計技術參數及相關荷載大小選定

荷載類型：

（1）結構自重[1]：由計算軟件自動計入。

（2）風荷載[2]

（3）鋼結構荷載[3]

本工程龍門吊施工屬戶外作業，遇風大或下雨時應停止施工。 當最重的路段（111t）吊起且該路段離軌道最近時，是最不利的工況。龍門吊自重G1=2350KN，最重段G2=1110KN。吊運最重的梁板時，單頂的集中載荷為P，門式起重機的均布自重載荷為Q。

P=G1=1110×10=1110KN q=G2/L=2350×10/36=652.8KN/m

當處于最不利工況時單個龍門吊受力平衡可得到：

N1+N2=q×L+P

N1=(36-3)/36×1110+65.28×36/2=2192.5KN

N2=3/36×1110+65.28×36/2=1267.5KN

門式起重機的一側為雙腿，腿間距為24m，單腿視為4 個輪子，兩輪之間的距離為1m。對較大受力腿的分析表明，可以得到較大受力單腿的垂直力平衡：N1=2192.5/8=274KN。

在最不利工況下，龍門吊單個車輪所受最大豎向應力為N=274KN。

5 龍門吊結構計算

5.1 計算目的

為保證支座在施工中的安全性和可靠性，特別對門式起重機的施工從強度、剛度和穩定性進行設計計算。

5.2 模型、邊界及荷載

據分析，門式起重機吊運最重的一段（111t）且該段距離軌道最近時，砌塊安裝產生的垂向載荷和偏載較大。對最不利的工況進行三維空間建模分析。

龍門吊結構采用Midas 程序計算，并對各種桿件賦予各自材料特性。

6 龍門吊結構驗算成果匯總及結論

6.1 設計成果匯總

將最不利工況作用下，龍門吊各構件的計算結果匯總見表2。

表2 龍門吊計算結果匯總表

6.2 設計結論

從表2 可以看出，門式起重機的強度在最不利載荷條件下可以滿足施工要求。在整個穩定性校核計算中，臨界載荷系數大，安全可靠。在剛度校核計算中，支座各構件撓度變形均在規范允許變形范圍內（L/400），可滿足四河大橋鋼結構安裝施工的要求。

結束語

公元前10 年，在古羅馬的建筑手冊中就有了關于起重設備的記載，兩千多年的使用已經對各類起重設備的安全性得到了充分的驗證，但是對于一些近年來涌現出的新式的起重設備安全性往往還未得到驗證，例如本文中描述的跨墩龍門吊。這就要求我們在將這些新式起重設備投入使用之前一定要對其從強度、剛度和穩定性等方面進行安全性驗算，優化其受力結構，確保其在運行過程中具有足夠大的安全系數，只有這樣才能夠放心的投入到工程生產當中，只有這樣才能夠保障現場的施工安全，只有這樣才能夠保證工程建設順利的進行。