大跨度压杆式吊具在钢围堰竖转施工中的应用

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摘要： 望东长江公路大桥主墩钢围堰采用水中竖向转体的施工方案，为确保钢围堰竖向整体、平稳、缓慢地完成90°转体需施加较大的辅助转动荷载。由于围堰吊点跨度较大、施工操作空间有限及竖向转动的特殊要求，常规吊具无法有效满足施工，笔者着重介绍大跨度压杆式吊具在该施工情况下的应用。

关键词：压杆；吊具；钢围堰；竖转

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

吊装系统是大吨位、大体型结构件吊装的关键受力转换装置，按照结构形式及受力原理进行分类，桥梁工程领域结构件吊装常用吊具通常划分为桁架式、自平衡式和压杆式吊具三种类型。从目前的工程施工领域使用情况来看，较大跨度及吊重的压杆式吊具尚未得到有效的推广应用，鉴于这种吊具结构构造简单、施工操作方便等特点，在工程项目结构件吊装施工中具备较高的应用价值。

1 工程概况

望东长江公路大桥为国家高速公路网G45中最为便捷的过江通道，也是安徽省“四纵八横”高速公路网中“纵四”商丘―景德镇公路的重要组成部分及沟通其西部地区的纵向干线公路，其主桥为跨径78+228+648+228+78=1250m的PK型分离双箱组合梁斜拉桥。望东长江公路大桥主桥桥型布置如图1所示。

图1 望东长江公路大桥主桥桥型布置图

根据招标文件提供的望东长江公路大桥地质勘探资料及南岸主桥位处地质扫描情况，南岸45#主墩桥位处河床为倾斜中风化灰岩，最高处标高为-2.5m、最低处标高为-12.5m，相对高差达10m；单轴饱和抗压强度为56Mpa，岩层表面覆盖层较薄，岩石整体性较好，局部有夹泥层。主墩施工区河床扫描如图2所示。

图2 主墩施工区河床扫描图（测点间距2.5m×2.5m）

2 钢围堰施工方案概述

南岸主墩下部结构施工采用双壁钢围堰，底部设置成与地形吻合的高低异形刃脚结构形式，采用卧式拼装、气囊下水、水中竖转、锚泊系统定位下沉的总体施工方案。其中，钢围堰竖转施工阶段设置压杆式吊具来调整竖向转动平衡力，以使钢围堰底口挡水板割除后，在侧部水压力及浮吊协助作用下钢围堰能够整体平稳、缓慢地向底口侧发生倾斜，最终完成竖向90°转动。

图3 钢围堰竖转流程示意图

经计算分析，钢围堰竖转过程中在结构自重及水荷载作用下，浮吊均被动受力，最大吊重417.4t，浮吊吊重包络图如4所示。考虑施工操作安全性及周边区域浮吊供应情况，项目部研究决定选用800t自航式大型浮吊为钢围堰竖转施工提供辅助动力。浮吊构造及参数如图5所示。

图4 浮吊吊重包络图图5 800t大型自航式浮吊

为确保钢围堰竖向自由转动，在围堰单侧两竖向钢箱壁板上设置两对板式吊耳承、中心间距为22.8m，来承担竖向转动辅助荷载。施工操作过程中，应采取相应措施避免板式吊耳承受水平剪切荷载而破坏，吊耳布置如图6所示。

图6 钢围堰吊耳布置图

3 压杆式吊具设计及应用

3.1 吊具结构设计

钢围堰卧式浮运至主墩位置后，有水平状态90°转体后至竖直状态，钢围堰竖向旋转角度较大，对吊具构造形式及承载能力要求均较高。结合现有船机设备特点及对以上三种类型吊具特征、施工可操作性、经济性等进行对比分析，研究决定选用压杆式吊具，计算跨度达22.8m。采用压杆式吊具不仅能确保钢围堰竖转过程中壁板不被吊具撞击、挤压而破损，而且能避免板式吊耳承受水平剪切荷载而破坏，符合本项目钢围堰竖转施工操作需求。

结合钢围堰结构形式，压杆式吊具设计采用钢管型钢骨架+板式吊耳的组合结构形式，其中承压骨架选用Φ630x10mm钢管，总长26.40m；上部直接承受浮吊吊装荷载的吊耳采用主壁板厚30mm/半径R300mm、加劲板壁厚25mm/半径R260mm的板式组合结构；下部承受转动荷载的吊耳采用板厚30mm/半径R260mm、加劲板壁厚25mm/半径R220mm的结构形式，上下吊耳壁板侧向均分别对称设置竖向加劲板，吊具结构形式及构造如图7所示。

图7 压杆式吊具结构图

3.2 吊具结构验算

压杆式吊具结构验算分两部分进行，钢管型钢骨架承载力及屈曲分析采用Midas-civil有限元软件进行建模验算，板式吊耳承载力分析采用拉曼公式进行验算。

⑴压杆承载力分析

根据围堰整个竖转过程中浮吊受力状态分析，压杆式吊具承载最不利状态处于竖转45°至 65°之间，其中浮吊最大吊重为417.4t；考虑浮吊臂架仰角65°，则浮吊吊重为2x300t、吊高62.3m；扣除围堰竖转过程中的结构高度及吊具高度等约32.3m，吊钩至吊具压杆之间垂直高度取30m计算，则吊具压杆轴向最大压力Fx=tg17•208.7•10=638.1KN、Fy=2087KN，吊装动力冲击系数取1.1。

图8 压杆受力分析图式

压杆承载力及屈曲模态分析采用Midas-civil有限元软件建模验算，结构模型及计算结果如图9所示。

图9 压杆式吊具-压杆计算模型及验算结果

压杆在重力及轴向压力组合荷载作用下，应力σ=68.8MPa＜140MPa(A3允许应力)，压杆在弯压组合荷载作用下屈曲模态系数ζ=5.82＞n=3(两端铰接轴向受压杆件临界荷载系数)，则压杆承载力及稳定性满足要求。

⑵吊耳承载力分析

上下壁板吊耳承载力验算采用拉曼公式，其中上部吊耳计算参数：P1=2087/2sin(73°) =1091.2KN，R1=260mm、δ1=80mm；下部吊耳计算参数：P2=1043.5 KN 、R2=220mm、γ=100mm、δ2=80mm，代入公式计算得：

σ1=1.1×1091200×(2602+502)/[80×100×(2602-502)]=161.56MPa＜170MPa(Q345钢材抗剪强度设计值)；

σ2=1.1×1043500×(2202+502)/[80×100×(2202-502)]=159.11MPa＜170MPa

经验算，上、下侧吊耳承载力均满足要求。

⑶计算结果汇总

计算结果汇总表如下所示：

压杆式吊具验算结果汇总表

3.3 压杆式吊具应用

经过严格、精密的加工制作及严谨的施工操作控制，压杆式吊具在钢围堰竖转施工中成功完成了结构受力转换使命，使钢围堰沿着设计要求圆满地完成了竖向90°转体，并确保了钢围堰壁板在竖转中不受吊具挤压、碰撞，为下一步施工操作提供了完整的结构受力及防水体系。压杆式吊具在钢围堰竖转施工中的应用如图10所示。

图10 压杆式吊具在钢围堰竖转施工中的应用

4 结论

压杆式吊具在望东长江公路大桥主墩钢围堰竖转施工中的成功应用，验证了该类型结构吊具不仅构造简单、施工操作方便，而且有其独特的应用特点；通过对压杆合理的跨度调整及结构设计，其功能、作用及应用范围在某些领域是其它类型吊具所不能达到的，具备巨大的应用价值和广阔的使用空间，值得在类似的结构件吊装中广泛推广使用。

参考文献：

⑴ GB50017-2003《钢结构设计规范》

⑵ 范钦珊、殷雅俊.《材料力学》，清华大学出版社

⑶ 李景乐、仝西亚等《.板式吊耳设计及应用》

⑷ 周水兴、何兆易等.《路桥施工计算手册》，人民交通出版社

作者简介：

王海伟 男本科学历助理工程师 2009年毕业于郑州大学土木工程学院

李成昌   男    本科学历    助理工程师   2009年毕业于中国矿业大学建筑工程学院