曹妃甸礦石碼頭二期工程鋼引橋吊裝施工技術(shù)

陳德旺

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

曹妃甸礦石碼頭二期工程棧橋由6榀下承式平行弦桁架橋組成，每榀鋼橋長88.86m，寬15.6m，重612 t。因鋼橋由主桁和車行道兩部分組成，設(shè)計吊點(diǎn)位于主桁下弦桿上，為偏心結(jié)構(gòu)。安裝鋼橋起重船是雙主鉤，兩主鉤間距5.5m，且要求主鉤開度（主鉤鋼絲繩與垂線間夾角）不能大于6°。因此，采用鋼絲繩進(jìn)行封鉤，同時采用長短扣的方法，通過計算長短扣的長度將有偏心距的鋼橋吊起安裝。本工程首次將吊點(diǎn)設(shè)在鋼橋底部，采用鍛造吊座工藝。本文對鋼橋安裝方法、索具受力計算及選型、吊座工藝及如何解決偏心問題進(jìn)行總結(jié)，為今后工程參考借鑒。

1 有關(guān)計算數(shù)據(jù)

1.1 起重船數(shù)據(jù)

大鉤距水面的有效高度為52m，大鉤繩的允許偏轉(zhuǎn)角度（與垂線間夾角即所謂開度）≤6°，雙鉤中心距5.5m。

1.2 鋼橋數(shù)據(jù)

鋼橋總重664 t，為滿足起重船的起重能力，車行道橋面板在安裝后再焊接，整橋吊重可減至566 t。橋高11.8m，主桁頂至底12.842m。主桁中心距9.55m，車行道寬6.05m。主吊點(diǎn)：縱距33.88m，橫距9.55m。輔助吊點(diǎn)：縱距17.6 m，橫距9.55m。橋?yàn)闄M向不對稱結(jié)構(gòu)，偏心距7.69m。

1.3 其它數(shù)據(jù)

墩臺頂標(biāo)高＋10.5m。鍛造吊座尺寸1.443m×0.4m×0.4m。吊座繩扣凹槽距端面0.16m。

2 索具受力計算及選型

2.1 鋼橋重心計算

根據(jù)合力矩定理：在某一平面內(nèi)受到力G1，G2…Gn的作用，這些力的合力為G，則合力對力與平面內(nèi)任一點(diǎn)的力矩等于各分力對同一點(diǎn)的力矩的代數(shù)和。以圖1為例，經(jīng)過推導(dǎo)，重心點(diǎn)在坐標(biāo)的位置：

依據(jù)式（1），整橋重心投影順橋向軸線與主桁一箱梁中心線距離為7.69m，其計算見表1。

2.2 吊扣長度計算

2.2.1 主吊索長度計算

取低潮位＋0.5m為安裝水位，墩臺頂至水面高度為10m，吊扣的垂直高度取28m，這樣在理想狀態(tài)下，大鉤到扒桿頂端滑車的富裕高度還有14m。

圖1 重心坐標(biāo)計算示意圖

表1 重量分布統(tǒng)計及整橋重心位置計算

吊扣繩組成的斜平面投影到鋼橋水平面上，見圖2。

圖2 主吊索投影示意圖

圖中，1，2為起重船兩主鉤在鋼橋水平面上的投影點(diǎn)，兩點(diǎn)距離（文中下同）為5.5m；3，3′，4，4′為4個吊點(diǎn)位置。

為使計算更精確，這里考慮到長短扣掛在大鉤上時有一定的間距，不是兩個扣直接相交于一點(diǎn)，根據(jù)大鉤實(shí)際尺寸間距約為0.6m，如圖3、圖4所示。

圖5中的31、41實(shí)際上就是圖4中的a和b，因此主吊索長度：短扣

圖3 理想狀態(tài)主吊索圖

圖4 實(shí)際狀態(tài)主吊索圖

圖5 計算圖示

2.2.2 輔助吊索長度計算

2.2.3 封鉤繩索長度計算

經(jīng)實(shí)測兩鉤頭外側(cè)間距為5.733m，封鉤繩索繞4圈，中間用高強(qiáng)卡環(huán)連接，因此封鉤繩索長度L=5.733×2×4=45.864m。

2.3 吊扣內(nèi)力計算

2.3.1 主吊索受力計算

起重船的兩個主鉤是同步起吊的，因此，每個大鉤承受566.04/2=283.02 t。設(shè)短扣內(nèi)力為N1，長扣內(nèi)力為N2。長短扣的垂直分力的合力為283.02 t，長短扣的水平分力應(yīng)是相等的，由聯(lián)立方程可求得：

由圖4可求得：α =tg-1（28/14.275）=62°59′12″，β =tg-1（28/16）=60°15′18″。

由式（2）和式（3）計算得：N1=168.029 t，N2=153.732 t。

鋼橋安裝處于外海作業(yè)，考慮動力系數(shù)為1.1，故鋼橋吊裝時吊扣的內(nèi)力分別為184.832 t、169.105 t。

考慮5倍安全系數(shù)。短扣選用φ124mm 8股61絲鋼絲繩，工作荷載188.4 t；長扣選用φ110mm 8股61絲鋼絲繩，工作荷載148.2 t，安全系數(shù)略小，但由于鋼絲繩過螺使用，在具體吊安過程中應(yīng)隨時觀測鋼絲繩的工作情況。

2.3.2 封鉤繩索受力計算

根據(jù)圖2、圖4、圖5得：tg-1（1.56/14.19）=6°16′25″，tg-1（7.39/14.19）=27°30′36″，主吊索 N1水平拉力：184.832× cos62°59′12″× cos6°16′25″=83.448 t，主吊索 N2水平拉力：169.105 × cos 60°15′18″× cos 27°30′36″=74.413 t，故封鉤索具受力：83.448+74.413=157.861 t。

選用φ65mm 6股37絲鋼絲繩，工作荷載為36 t，繞4圈，中間使用1個55 t高強(qiáng)卡環(huán)連接。安全系數(shù)為4.6倍，因動態(tài)性較小，滿足使用要求。

2.3.3 輔助吊索選型

輔助吊索在吊裝中實(shí)際并不受力。因吊點(diǎn)設(shè)在鋼橋底部，為防止整橋受涌浪影響產(chǎn)生側(cè)晃，輔助吊索主要起到一個扶助作用。選用φ48mm 6股37絲鋼絲繩，工作荷載為20 t，鋼絲繩雙股過螺使用。

2.4 吊索具匯總

吊索具匯總見表2。

表2 吊索具匯總

3 吊座工藝及驗(yàn)算

鋼橋安裝采用吊座工藝，即在主桁下弦桿下設(shè)專用鍛造吊座，吊座兩端下部設(shè)凹槽，吊扣套臥入凹槽，上部掛起重船鉤頭。為防止吊座吊裝時滑移，吊座兩側(cè)設(shè)加筋擋板作為限位。吊座結(jié)構(gòu)及安裝位置見圖6、圖7。

圖6 吊座位置示意圖

圖7 吊座立面圖

進(jìn)行吊座驗(yàn)算：按集中荷載考慮，取較大值。吊座受向上分力為：184.832 × sin 62°59′12″=1 646.67 kN，受剪位置截面積為118 660.171 6mm2。抗彎截面參數(shù)為：Ix=2 133 330×10-6m4，Wx=bh2/6=400×4002/6=10 666 666.7 mm3。受力計算如圖8所示。

圖8 吊座受力計算簡圖

最大正變形0.1mm，x=0.62m；最大負(fù)變形-0mm，x=0m；最大正彎矩0 kN·m，x=0m；最大負(fù)彎矩-447.2 kN·m，x=0.62m；最大正剪力674.5 kN，x=0.62m；最大負(fù)剪力-972.2 kN，x=0.16m。則抗彎應(yīng)力σ=Mmax/Wx=447.2×106/10 666 666.7=42 MPa，滿足要求。x=0.62m處，抗剪應(yīng)力τ1=1.5×674.5×1 000/160 000=6.4MPa，滿足要求。x=0.16 m處，抗剪應(yīng)力τ2=1.5×972.2×1 000/118 660=12MPa，滿足要求。

4 建議

1）鋼橋吊裝雖然成功，但吊起時略有不平。是因同個鉤頭長短扣中的短扣受力較大，鉤頭往力大方向發(fā)生扭轉(zhuǎn)，但這個量較小。前面計算長短扣之差為：64.498-62.858=1.64m?？稍偌由?5 cm，使長短扣之差變?yōu)?.89 m，來消除此影響。

2）粗重的吊扣要從鋼橋上平聯(lián)穿過，為操作安全便利，在鋼橋頂部設(shè)操作平臺，由槽鋼焊接，頂部鋪設(shè)木板，吊橋前用輔助吊索安放到位。既可周轉(zhuǎn)使用，還可將粗重的主吊索撐開至預(yù)定位置，節(jié)省時間，一舉多得。

3）通過實(shí)際吊裝，鋼橋非常平穩(wěn)，輔助吊索未起作用。假如鋼橋側(cè)晃嚴(yán)重，也將無法安裝。因此，若無其他用途，建議不設(shè)置輔助吊索。

4）因吊扣、鍛造吊座重達(dá)數(shù)噸，靠人力或倒鏈拆卸很困難。建議鋼橋安放后，在保證橋面結(jié)構(gòu)受力的前提下，在主桁內(nèi)上一小8 t吊車，配合施工。

5 結(jié)語

曹妃甸礦石二期6榀鋼橋吊安的實(shí)踐證明，采用封鉤、吊座工藝、長短扣方法吊安偏心鋼橋是比較成功的。它不需要另一根能承受566 t的專用吊架、及加配重或由小鉤扶助，而解決了偏心問題。首次使用吊座，不用施焊大型吊耳，保證鋼橋吊裝時不變形，并可周轉(zhuǎn)使用。實(shí)際效率可以達(dá)到每天安裝1榀鋼橋。技術(shù)上有一定創(chuàng)新，同時產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王棋.理論力學(xué)[M].北京：水利水電出版社，2000.

[2] 天津市市政工程局.道路橋梁工程施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[3] GB50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].