泰州长江公路大桥钢结构门吊扁担梁制作受力过程分析
2016-12-16王琴
王 琴
武汉桥梁建筑工程监理有限公司
泰州长江公路大桥钢结构门吊扁担梁制作受力过程分析
王 琴
武汉桥梁建筑工程监理有限公司
扁担梁是一种大型物件和结构件吊装的吊具，可以使被吊装物件受力合理，避免产生过大的弯曲变形、损坏等，被广泛应用在运输、工业和建筑工程安装等行业。在泰州长江公路大桥、马鞍山长江公路大桥等项目大节段杆件吊运实践中得到了检验和发挥了良好的效益。本文重点研究了门吊扁担梁定型、受力分析计算、校核等内容，为同类项目的大型物件吊装提供借鉴。
门吊；扁担梁；钢结构；设计截面
泰州长江大桥主桥位三塔两跨连续钢箱梁悬索桥，采用中﹑边塔不等高索塔，中索塔为钢结构，边索塔为混凝土结构。主缆跨度布置为390+1080+1080+390(m)的对称结构。
中索塔纵向呈人字型结构，塔顶高程为200m，钢塔柱高191.5m。从下到上共分为三个区段，下部斜腿段﹑曲线过渡段及上部直线段，曲线过渡段半径为100m。中索塔横向为框架结构两人字型塔柱间横向中心距由34.8m-42.6m。塔柱截面尺寸上下不等，横桥向宽5m；纵桥向宽由6.6m-15.5m。
钢塔柱分为23种节段(D0-D20及上下横梁)，节段长4m-15m除调整接口其余节段连接采用端面金属接触与摩擦型M30高强螺栓连接并用的接头形式。最大节段D5重约495t,钢塔总重约为12000t。
针对泰州钢塔大节段的制造﹑运输以及翻身，特大型门吊发挥了巨大的作用，泰州钢塔节段制造现场有600t﹑250t及75t门吊，作为特大型门吊的附属结构，扁担梁是一种大型物件和结构件吊装的吊具，被广泛应用在运输﹑工业和建筑工程安装等行业。使用扁担梁，可以使被吊装物件在吊装过程受力合理，避免产生过大的弯曲变形﹑损坏等。扁担梁有固定吊点型和可变吊点型，扁担梁主体一般用工字钢﹑无缝钢管等型钢来制造，吊装过程中选用何种吊梁实际上包括选材﹑定型﹑力学性能指标的计算，与校核﹑制造和合理使用等内容。扁担梁是非标吊具，国家标准中没有统一的结构形式与尺寸，必须按国家有关的技术规范[1-2]，根据不同使用场合和用户的不同要求进行设计。
考虑到扁担梁在截面积相同的情况下，工字行截面的抗弯模量最大，吊梁的弯曲变形基本上集中在竖直方向，工字截面吊梁正好适应受载情况这样这样可以最大限度发挥材料强度潜力。
1.受力过程分析
一，600T门吊下扁担梁(双根)受力模型分析：假设单根扁担梁受力为F，每股绳子受力为f：
f*sin45°*2+ f*sin63°*2=F;＝＞f=0.313F
注：a=45°，b=63°，L=1.5m；
设绳子与扁担梁夹角为45°时f的垂直分力为F1；
设绳子与扁担梁夹角为63°时f的垂直分力为F2；
即：F1=f*sin45°=0.22F
F2=f*sin63°=0.28F
由V-M图可知：Mmax=0.78FL；Vmax=0.5F；
由钢结构设计规范[2]可知：钢材Q345c，当板厚在16-35mm时，设计抗拉﹑抗压强度f=295Mpa；抗剪强度fv=170Mpa。
1.1 剪力校核
剪力最不利位置校核：f=0.5F(F取值290t)，A=32*10-3*550*10-3*2+24*10-3*736*10-3*2
τ=f/A=0.5*290*1000*9.8/{(17.6+2.4*7.36)*2*10-3}
＝＞τ=20.56Mpa＜〔τ〕=170Mpa
1.2 弯矩校核
弯矩最不利位置校核：Mmax=0.78FL(F=290t，L=1.5m)，Ix=＜0.55*(0.032)3/12＞*2+(0.55*0.032*0.4842)*2+{0.024*(0.936)3/12}*2；
＝＞Ix=1152891.8cm4; Wx=23057.8cm3;
σ=M/Wx=144.2Mpa＜〔σ〕=295Mpa,安全系数n=〔σ〕/σ=2.05
当f=0.313F=8.9*105N,选用钢丝绳D=70mm(6*37股)时，由规范[1-2]可知钢丝绳的安全系数为5(以钢丝绳公称抗拉强度1400Mpa为标准)
当销轴D=140mm时，σ=f/D*d=0.313F/0.14*0.07=90.5Mpa＜〔σ〕=295Mpa；n=〔σ〕/σ=3.3，销轴的安全系数为3.3，
销轴的抗剪校核[2]τ=N/A=0.5f/(3.14*702)=0.5*0.313*290*9.8*100 0/(3.14*70*70)
＝＞τ=28.9Mpa＜〔τ〕=170Mpa
腹板抗拉强度校核[2]σ=N/D*L=0.5*0.313*290*9.8*1000/ (140*64)，＝＞σ=49.6Mpa＜〔σ〕=295Mpa
1.3 刚度校核
扁担梁刚度校核：对于一般的钢结构构件，只要δ/L∈(L/250-L/1000),就说明刚度满足要求；针对该扁担梁δ的临界挠度(10-40mm)。
＝＞δ=1.753FL3/EI
当L=1500mm，E=206Gpa,I=1152891.4cm4,可解δ=7.1mm，所以此扁担梁刚度满足要求。
1.4 焊缝要求
结合以往类似构件焊接工艺评定，底板与腹板采用双面8mm普通角焊缝，顶板与腹板采用单面8mm普通角焊缝，隔板采用双面6mm普通角焊缝；焊接完全满足受力要求。
2.结语
由于扁担梁长度﹑钢丝绳捆绑方式与600t门吊的扁担梁一致，250t门吊下扁担梁(双根)﹑75t门吊下扁担梁(单根)受力模型分析就不再赘述。
本文中设计的该批门吊扁担梁，在泰州长江公路大桥﹑马鞍山长江公路大桥等项目大节段杆件吊运过程中得到了良好的运用；与市场同类型产品相比，该项目为公司节约了可观的经济成本，并为后续项目大型吊装提供了宝贵的借鉴意义及指导作用。
[1] TB 10212-98 铁路钢桥制造规范[S]
[2] GB 50017-2003 钢结构设计规范[S]
