预制板梁吊装设计与验算

廖健凯，张学伟，邓志朋

(1.四川建筑职业技术学院交通与市政工程系，四川德阳618000；2.中国建筑第八工程局有限公司，上海200000)

中小跨径的简支梁桥是最常见的一种桥型，基于工期和质量的考虑，上部结构主梁通常都用预制装配的方法施工。装配式施工过程主要包括三个阶段：预制构件制作、预制构件运输与堆放、预制构件安装与连接［1］；这三个阶段均会涉及到起重机械的吊装。主梁自重大，吊装危险性高，为保证吊装安全、产品质量，必须进行吊装验算［2］。本文结合实际工程，对预制板梁进行吊装设计和吊具选用的验算分析，验证了吊装专项施工方案的可行性。

1 工程概况

上海市青浦区蟠和路(崧泽大道—蟠中路)道路新建工程跨越北蟠龙港，设置一座(10+16+10)m三跨简支空心板梁桥，桥宽24 m。其中16 m中跨22片，16 m边跨2片，10 m中跨44片，10 m边跨4片；总共72片空心板采用预制场集中预制，运输到现场采用汽车吊安装，其中最重的中跨边板19.3 t。

2 吊装设计

空心板梁架设工艺见图1。

图1 空心板梁架设工艺流程

2.1 施工准备

在吊装作业前做好支座位置找平，并用全站仪精确放出台帽及盖梁顶面上每孔梁的纵向中心线、支座的中心线、梁端位置横线；在梁端位置横向定出各片梁底部边缘点；在每片梁的两端标出梁的竖向中线；控制永久支座的标，准备好控制伸缩缝的木板，及垫平板梁的铁片。空心板梁混凝土及封端混凝土养护期、墩台和盖梁混凝土强度、标高达到设计及规范要求，且验收合格。确定梁板运输的行驶路线，对场内施工便道进行维修、加固处理，确保梁体运输过程中的安全及质量。

2.2 板梁运输

板梁预制厂采用龙门吊将梁板进行装车。首先将运梁平板车开到指定的装车位置，然后用龙门吊将存梁区已经编号的待架设梁板吊起，徐徐放到平板车上。在调放过程中，主要对梁体进行保护，小心轻放的原则。在运输过程中用捯链把空心板与平板车绑扎牢固，运输平板车尽量靠道路右侧行驶，且前后安排车辆专人进行交通引导以及梁板运输过程中的监测，若因道路颠簸造成梁板有松动的现象时，应立即停车进行处理。

2.3 板梁安装

运梁平板车运梁至工作位置，用钢丝绳连接梁板梁端预留的吊环，检查卡环是否安装准确，吊索是否拉紧，吊机运转是否正常，且待预制梁平稳后才继续起吊。梁板吊装前应进行试吊，试吊以空心板梁稍微抬起为原则。试吊完成后，将空心板梁放位置原位，再次对钢丝绳、起吊设备等进行检查，确认无误后方可正式吊装。边跨吊装时，汽车吊立于桥台路基上，吊装顺序如图2所示；中跨吊装时，汽车吊移位立于边跨上，吊装顺序如图3所示。

2.4 吊车选择

以中跨16 m先张空心板梁边板为验算对象，最重边板19.3 t，最长作业半径13.4 m，汽车吊单机四点提升安装，要求钢丝绳与梁板夹角不小于60°(图4)。根据以上参数选择130 t汽车吊可满足要求［3］。

图2 边跨梁板吊装示意图(作业半径11.2m)

图3 中跨跨梁板吊装示意图(作业半径13.4m)

图4 130t汽车吊单机吊装

3 吊装验算

由于板梁水平吊装时的姿态与受力和板梁安装后的最终姿态与受力是一致的，而梁体和预埋吊环的最不利工况是在预制场脱模起吊时(因模板的吸附力造成板梁受力最大［4］)，并非吊装时，所以不需要再对板梁吊装时单独验算。故现场起吊安装时只需对吊装最重的中跨边板时的吊具和吊车支点进行验算即可。

3.1 吊索内力计算

梁体每端为两个吊环，4根钢丝绳连接梁端4个吊环，另一端通过卡环汇总连接到两根钢丝绳上，故以两根钢丝绳进行内力计算。

式中：N为每根钢丝绳索具的拉力；G为梁板质量，G=193kN；n为吊索根数，n=2；α为吊索钢丝绳与板梁水平夹角， α=60°；K1为吊装时动载系数，取1.5［5］。

3.2 钢丝绳直径选择

拟选用6×37钢丝绳φ47.5 mm，钢丝绳总面积843.47 mm2，公称抗拉强度 1 700 N/mm2［6］，破断拉力总和 ∑Si=843.47×1700=1434kN。

式中：P为钢丝绳的容许拉力(kN)；∑Si为钢丝绳规格表中提供的钢丝破断拉力的总和(kN)；Ψ为钢丝捻制不均折减系数，对6×37绳，Ψ=0.82［6］；K2为吊索钢丝绳的安全系数，取 6［5］。

∵N=167kN＜P=196kN

∴选用6×37钢丝绳φ47.5 mm，满足要求。

3.3 卡环的选择计算

吊装质量最大支撑时拉力N=167kN，卡环的允许荷载［FK］=40d2［7］， 拟选用17.5 型卡环，查《路桥计算手册》15-15表得知d=66mm。

［FK］=40×662=174kN＞167kN满足要求。

因此，采用汽车吊时选用17.5型卡环。

3.4 地基承载力验算

汽车吊工作时最不利的情况是3点着地，即：

单个支腿最大支承力F=(G+Q)/3=397.3kN。

式中：G为汽车吊自重，取130 t吊车验算，自重为54.9 t，最大配重45 t；Q为汽车吊最大荷重，为19.3 t。

汽车吊对路基的最大应力应为：

式中：S为支腿着点面积，按钢板箱1.5 m×1.5 m计算。

因此，130 t汽车吊起吊最重的19.3 t边板工作时地基承载力的要求为不小于176 kPa。

4 结束语

根据建质(2018)31号《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》中的规定：采用起重机械进行安装的工程属于危险性较大的分部分项工程，需进行专项施工方案编制和计算。吊装工程的难点、重点在于如何保证吊装过程中构件和吊机的强度、刚度、稳定性。本文结合北蟠龙港桥实例，通过上述吊具和吊车支点的计算，确保了吊机在吊装过程中的安全；通过上述板梁最不利工况的分析，得出板梁在吊装过程中是安全的，且不需要再对板梁吊装时单独验算的结论，避免了对板梁在吊装过程中的盲目验算，减轻了编制板梁吊装专项施工方案的工作量。