不同吊點(diǎn)位置與吊索夾角下 23m 鋼梁受力分析

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2025）18-0097-05

Abstract：Inorder tounderstandtheinfluenceofthechangesintheliftingpointpositionsandtheanglesoftheslingson thetresstateofthesteelbeam，theMidasGensoftwarewasusedtoestablish finiteelementmodelsofstelbeamswith four differentliftingpointpositionsandslingangles，andthestressanddeformationanalysisduringthehoistingprocesswascaied out.Theresearchresultsshowthatwhen thedistancebetweenthelfting pointsandtheendnodesgraduallyincreases，the deformationofthecantileversectionincreases，andthedeformationinthemid-spanofthesteebeamdecreases；whentheangle oftheslingincreases，thestressofthesteelcabledecreases，thetensiononthestelcabledecreases，andthedeformationof thestelcablealsodecreasesInSchemeII，themidlesectionandthecantileversectionofthebeamsimultaneouslyachieve basicallythesamedeformationandstressduringthehoisting processandareinaelativelysmallstate，whichissafercompared totheotherthreecases.Theresearchresultsprovideabasisfortheoptimizationofthehoistingschemeofthesteelbeamin thesupportingprojectandhavereferencesignificancefortheoptimizationofthehoistingschemeofthesteelbeaminother engineering projects.

Keywords： steel beam; hoisting construction; lifting point position; finite element analysis;sling angle

非常規(guī)起重設(shè)備必須召開(kāi)專家論證會(huì)。

吊裝是建筑施工中的一項(xiàng)關(guān)鍵操作，其受力分析對(duì)于確保施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。鋼梁的安裝速度快，施工周期短，且鋼梁具有高強(qiáng)度、高延性和高韌性等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的發(fā)展，大型構(gòu)件的使用越來(lái)越普遍，鋼梁的尺寸和重量也相應(yīng)增大，安裝作業(yè)以及焊接工序等多種工藝手段均會(huì)對(duì)鋼梁產(chǎn)生顯著影響，致使其承載力發(fā)生顯著變化。合理的吊裝方式對(duì)于確保鋼梁吊裝安全至關(guān)重要，它能夠有效規(guī)避鋼梁在吊裝施工過(guò)程中失穩(wěn)狀況的出現(xiàn)，保障吊裝作業(yè)的安全性。《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》明確指出，針對(duì)單件起吊重量達(dá) 10t 及以上的鋼梁吊裝工程，若采用

合理的吊裝方式對(duì)于確保鋼梁吊裝安全至關(guān)重要，它能夠有效規(guī)避鋼梁在吊裝施工過(guò)程中失穩(wěn)狀況的出現(xiàn)，保障吊裝作業(yè)的安全性。不當(dāng)?shù)牡跹b方式不僅會(huì)導(dǎo)致鋼梁在吊裝過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力和變形，甚至可能引起結(jié)構(gòu)的破壞。聞劍等聚焦大跨度鋼梁吊裝工程，提出了一系列實(shí)用的技術(shù)方案與施工措施，著重強(qiáng)調(diào)吊裝過(guò)程控制、設(shè)備合理選擇以及嚴(yán)格質(zhì)量管理的重要性。馬智剛等針對(duì)大跨鋼箱梁吊裝施工展開(kāi)研究，通過(guò)改變吊點(diǎn)位置，分析計(jì)算鋼箱梁在不同吊點(diǎn)位置下的應(yīng)力、變形和吊索內(nèi)力情況，為大跨鋼箱梁吊裝吊點(diǎn)位置的確定提供了科學(xué)依據(jù)。

Hu 等依據(jù)鋼梁的獨(dú)特特點(diǎn)及具體吊裝工況，精心設(shè)計(jì)了一種新型的平衡梁，并借助有限元分析和強(qiáng)度計(jì)算，精準(zhǔn)確定了鋼梁的吊點(diǎn)安裝位置及梁的截面。張盛華針對(duì)大跨度鋼梁吊裝技術(shù)展開(kāi)研究，通過(guò)給定起吊條件下不同吊點(diǎn)的受力情況分析，探討了大跨度鋼梁吊裝方案的比選、施工難點(diǎn)、施工措施及相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，充分展示了有限元分析方法在鋼梁吊裝吊點(diǎn)和吊索夾角選擇中的有效應(yīng)用。通過(guò)理論計(jì)算與有限元分析相結(jié)合的方式，段勁松等針對(duì)某超長(zhǎng)桁架吊裝項(xiàng)目建立有限元模型展開(kāi)分析，進(jìn)而得出最安全的吊點(diǎn)位置，為吊裝過(guò)程中吊點(diǎn)位置的恰當(dāng)選擇提供重要參考。朱遠(yuǎn)平[通過(guò)點(diǎn)掛鉤吊裝方案成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)吊點(diǎn)之間距離長(zhǎng)度及鋼絲繩與鋼梁夾角的有效控制，降低了鋼絲繩吊點(diǎn)對(duì)鋼梁的作用力，有效避免了鋼梁吊裝施工過(guò)程中失穩(wěn)問(wèn)題的發(fā)生。

在鋼梁吊裝過(guò)程中，吊點(diǎn)位置的選擇和吊索夾角的確定是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在吊點(diǎn)位置和吊索夾角的選擇這一研究領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)外的研究均具有一定的局限性。在國(guó)際范圍上，盡管已收獲大量理論與實(shí)踐成果，但各國(guó)的建筑規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)仍然具有差異性，使得在選擇吊點(diǎn)位置及吊索夾角時(shí)，沒(méi)有統(tǒng)一且適用性廣泛的規(guī)范指引。在部分歐洲國(guó)家中，其考量吊點(diǎn)位置時(shí)，會(huì)偏重于極端氣候環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面，在一定程度上忽視了常規(guī)施工效率；一些亞洲國(guó)家則傾向于施工效率與成本的把控，周圍環(huán)境等因素對(duì)吊點(diǎn)與吊索夾角所產(chǎn)生的影響未展開(kāi)深入探究。在國(guó)內(nèi)的研究中，大多圍繞現(xiàn)有的常規(guī)工程類型與規(guī)模展開(kāi)，但新興的超高、超大跨度鋼梁結(jié)構(gòu)，具有自重大，跨度大，高度大等特點(diǎn)，以往常規(guī)工程的研究成果無(wú)法直接套用于此類項(xiàng)目中。同時(shí)，在面對(duì)多種因素相互作用的復(fù)雜情況時(shí)，研究的廣度與深度尚有不足，在研究吊點(diǎn)位置和吊索夾角共同作用下，仍有諸多關(guān)鍵問(wèn)題有待深入挖掘，特別是關(guān)于吊點(diǎn)和吊索夾角在實(shí)際施工進(jìn)程中如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整的研究，仍有大量的工作需要去推進(jìn)與完善，以填補(bǔ)這些空白與不足，進(jìn)而推動(dòng)整個(gè)鋼梁吊裝施工技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。

本文以某酒店項(xiàng)目中的 23m 鋼梁為研究對(duì)象，通過(guò)有限元分析方法探討吊點(diǎn)位置和吊索夾角變化對(duì)鋼梁受力性能的影響，以期為鋼梁吊裝方案的優(yōu)化提供參考，確保鋼梁的吊裝安全。

1鋼梁及吊點(diǎn)位置概述

某酒店項(xiàng)目中單根鋼梁的最長(zhǎng)長(zhǎng)度為 23m ，重量為 12.5t ，采用吊車一次性吊裝，不分段。鋼梁采用兩點(diǎn)起吊，其吊點(diǎn)設(shè)置依據(jù)設(shè)計(jì)要求，以確保鋼梁吊起后不變形且能保持平衡穩(wěn)定狀態(tài)。為保障吊裝安全，鋼梁在工廠制作時(shí)，需于距梁端 0.21L 或 1/3L（L 為梁長(zhǎng)）處焊接2個(gè)臨時(shí)吊耳，用于鋼梁的裝卸與吊裝作業(yè)。同時(shí)，依據(jù)實(shí)際起吊過(guò)程中吊索角度的限制條件（吊索角度選用 45～60^° ），選取以下4種工況開(kāi)展有限元分析，表1為選取的具體工況信息，圖1所示為4種工況的計(jì)算模型。

2 鋼梁吊裝受力分析

利用madasGen有限元軟件對(duì)鋼梁進(jìn)行建模分析，不考慮風(fēng)荷載等因素的影響。根據(jù)GB50755—2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》[要求“對(duì)吊裝狀態(tài)的鋼構(gòu)件，動(dòng)力系數(shù)宜取1.1＼～1.3”，吊裝過(guò)程中自重放大1.3倍計(jì)算。

2.1 工況一：吊點(diǎn)在梁端 4.83m 處，吊索夾角為 45^°

2.1.1 梁應(yīng)力及變形

圖2為鋼梁起吊過(guò)程中的應(yīng)力分布，沿梁長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力為 2.03MPa ，其位置處于吊點(diǎn)處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應(yīng)力為 5.09MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應(yīng)力由局部受壓所致。圖3為起吊時(shí)鋼梁的變形狀況。

圖4為鋼梁起吊過(guò)程中的應(yīng)力分布，沿梁長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力為 2.3MPa ，其位置處于吊點(diǎn)處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應(yīng)力為 3.7MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應(yīng)力由局部受壓所致。圖5為起吊時(shí)鋼梁的變形狀況。

2.2.2 吊索應(yīng)力及變形

在起吊進(jìn)程中吊索的最大應(yīng)力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 18.9MPa ；最小應(yīng)力出現(xiàn)在與吊耳連接部位處，其值為 18.1MPa 。起吊過(guò)程中，吊索的伸長(zhǎng)量為 0.95mm 。

2.2.3 上部吊點(diǎn)反力

2.1.2 吊索應(yīng)力及變形

受吊索自重影響，在起吊進(jìn)程中吊索兩端存在應(yīng)力差。其中，吊索的最大應(yīng)力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 22.6MPa ；最小應(yīng)力出現(xiàn)在與吊耳連接部位處，其值為 22.1MPa 。起吊過(guò)程中，吊索的伸長(zhǎng)量為1.29mm 。

吊索的拉力為 96.9kN ，其中豎向 83.9kN ，水平方向 48.4kN ；豎向力合計(jì)為 83.9×2=167.8kN

2.1.3 上部吊點(diǎn)反力

吊索的拉力為 116kN ，其中豎向 82kN ，水平方向 ；豎向力合計(jì)為 82×2=164kN 。

2.2 工況二：吊點(diǎn)在梁端 4.83m 處，吊索夾角為 60^°

2.2.1 梁應(yīng)力及變形

2.3 工況三：吊點(diǎn)在梁端 7.67m 處，吊索夾角為 45^°

2.3.1 梁應(yīng)力及變形

圖6為鋼梁起吊過(guò)程中的應(yīng)力分布，沿梁長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力為 5.1MPa ，其位置處于吊點(diǎn)處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應(yīng)力為 4.2MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應(yīng)力由局部受壓所致。圖7為時(shí)鋼梁的變形狀況。

2.3.2 吊索應(yīng)力及變形

在起吊進(jìn)程中吊索的最大應(yīng)力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 22.3MPa ；最小應(yīng)力出現(xiàn)在與吊耳連

接部位處，其值為 23.0MPa 。起吊過(guò)程中，吊索的伸長(zhǎng)量為 0.74mm 0

2.3.3 上部吊點(diǎn)反力

吊索的拉力為 113.1kN ，其中豎向 80kN ，水平方向 80kN ；豎向力合計(jì)為 80×2=160kN 。

2.4工況四：吊點(diǎn)在梁端 7.67m 處，吊索夾角為 60^°

2.4.1 梁應(yīng)力及變形

圖8為鋼梁起吊過(guò)程中的應(yīng)力分布，沿梁長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力為 5.1MPa ，其位置處于吊點(diǎn)處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應(yīng)力為 4.6MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應(yīng)力由局部受壓所致。圖9為起吊時(shí)鋼梁的變形狀況。

2.4.2 吊索應(yīng)力及變形

在起吊進(jìn)程中吊索的最大應(yīng)力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 18.6MPa ;最小應(yīng)力出現(xiàn)在與吊耳連接部位處，其值為 18.1MPa 。起吊過(guò)程中，吊索的伸長(zhǎng)量為 0.65mm 。

2.4.3 上部吊點(diǎn)反力

吊索的拉力為 93.4kN ，其中豎向 80.95kN ，水平方向 40.47kN ；豎向力合計(jì)為 80.95×2=161.9kN. 0

在反力的計(jì)算結(jié)果里，不同工況下吊點(diǎn)反力與吊索拉力存在差異，原因在于有限元模型中未忽略鋼絲繩重量，且4種工況下吊索長(zhǎng)度皆不一致，致使每種

工況中吊索的自重也互不相同，因此造成上述情況。

3結(jié)論

文中研究了吊點(diǎn)位置及吊索夾角變化對(duì)鋼梁應(yīng)力與變形的影響，得到以下主要結(jié)論：

1）當(dāng)?shù)跛鲓A角不變時(shí)，隨著吊點(diǎn)與梁端之間距離的增大，鋼梁懸臂段變形增大，跨中變形減小；2）當(dāng)?shù)觞c(diǎn)位置不變時(shí)，隨著吊索夾角的增大，吊索應(yīng)力和變形減小；3）4種工況下，鋼梁應(yīng)力處于 0～6MPa 范圍，吊索變形均較小，吊裝過(guò)程安全。其中，工況二下，鋼梁中間段和懸臂段的相對(duì)變形最小。

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