某起吊貝雷架受力分析

■張 寅 ■東華工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024

1 工程概述

某橋施工中，將鞍座運(yùn)輸?shù)街魉鈧?cè)起吊點(diǎn)位置后，擬采用貝雷架拼裝懸臂支架起吊。起重設(shè)備采用8噸卷揚(yáng)機(jī)和滑輪組，貝雷架為雙懸臂6排單層結(jié)構(gòu)(單臂為3排單層)。本工程參照中華人民共和國國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文采用有限元軟件MIDAS/GEN對貝雷架的起吊過程進(jìn)行受力分析驗(yàn)算。

2 貝雷架的性能指標(biāo)及組成部分

2.1 本工程采用國產(chǎn)貝雷架，性能指標(biāo)如表1所示

表1 國產(chǎn)貝雷架的性能指標(biāo)

2.2 貝雷架的組成部分

2.2.1 桁架

桁架由上、下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成，上下弦桿的端部有陰陽接頭，接頭上有桁架連接銷孔。桁架的弦桿由兩根10號槽鋼(背靠背)組合而成，在下弦桿上，焊有多快帶圓孔的鋼板，在上、下弦桿內(nèi)有供與加強(qiáng)弦桿和雙層桁架連接的螺栓孔，在上弦桿內(nèi)還有供連接支撐架用的四個螺栓口，其中間的兩個孔是供雙排或多拍桁架同時節(jié)間連接用的，靠兩端的兩個孔是跨節(jié)間連接用的。多排桁架做梁或柱使用時，必須用支撐架加強(qiáng)上下兩節(jié)桁架的結(jié)合部。

在下弦桿上，設(shè)有4塊橫梁墊板，其上方有凸榫，用以固定橫梁在平面上的位置:在下弦桿的端部槽鋼的腹板上海設(shè)有兩個橢圓孔，供連接抗風(fēng)拉桿使用。桁架豎桿均用8#工字鋼制成，在豎桿靠下弦桿一側(cè)開有一個方孔，它是供橫梁夾具固定橫梁時使用的。桁架構(gòu)件的材料為16Mn，每片桁架中270kg。

2.2.2 桁架連接銷及保險銷

桁架連接銷供連接相鄰兩桁架用，重量為3kg，在錐度一段有一個插保險銷用的小孔。

2.2.3 加強(qiáng)弦桿

主要用來加強(qiáng)桁架弦桿的承載能力，材料，斷面與桁架上弦桿相同，構(gòu)造上，加強(qiáng)弦桿螺栓孔座板與桁架弦桿上孔的座板高低位置不同，一個加強(qiáng)弦桿用兩個弦桿螺栓與桁架弦桿相連。

2.2.4 弦桿螺栓

用以加強(qiáng)弦桿與桁架間的連接栓規(guī)格為M36×18，材質(zhì)為16Mn，抗剪力為150KN，拉力為80KN。

2.2.5 桁架螺栓

用以上下層桁架的連接，比弦桿螺栓長，它的構(gòu)造均與弦桿螺栓相同。

2.3 起吊貝雷架的整體尺寸

起吊貝雷架長度方向由14個貝雷架單體拼接而成，貝雷架單懸臂為3排單層(雙懸臂，6排單層結(jié)構(gòu))，支座分別為2排雙層，整體尺寸如圖1所示。

圖1 起吊貝雷架的整體尺寸

3 驗(yàn)算內(nèi)容及其荷載

3.1 驗(yàn)算內(nèi)容

本次驗(yàn)算主要包括鞍座從起吊點(diǎn)位置(即懸臂4m位置)起吊過程中貝雷架最大撓度以及最大應(yīng)力。

3.2 荷載

貝雷片自重:300kg，q=1kN/m

主索鞍重:P1=28t=280kN

起吊行車及吊具總重P2=6t=60kN

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2001)，可取靜載系數(shù)為1.2，動載系數(shù)1.4，則貝雷架起吊點(diǎn)所受集中荷載(貝雷架自重荷載可在MIDAS/GEN軟件中設(shè)置):

P=1.4×P1+1.2×P2=1.4×280+1.2×60=464KN

4 建模計(jì)算過程

本報告采用大型有限元軟件MIDAS/GEN進(jìn)行建模計(jì)算。MIDAS/GEN具有多國的規(guī)范數(shù)據(jù)庫，人機(jī)交互友好，建模方便快捷。

4.1 材料特性

弦桿類型 截面材料上、下弦桿 10號槽鋼(背靠背)16Mn豎桿及斜桿 8#工字鋼

4.2 幾何模型

幾何模型創(chuàng)建過程如下:(1)定義截面類型、單位以及用戶坐標(biāo)系;(2)通過桁架建模助手以及刪除、建立單元命令建立單個貝雷架的模型;(3)采用陣列命令建立貝雷架的雙懸臂截面;(4)利用建立單元命令增加貝雷架的橫向連接;(5)將連接好的貝雷架陣列形成整體貝雷架;(6)利用(2)～(5)步驟，建立起吊貝雷架的雙層貝雷架支座。

4.3 單元選擇

貝雷架的上下弦桿采用梁單元，斜桿與豎桿采用桁架單元。

4.4 定義邊界條件以及荷載

(1)對于起吊貝雷架的雙層貝雷架支座下方做固結(jié)處理;(2)設(shè)置自重荷載，Z向自重系數(shù)取-1.2;(3)將起吊點(diǎn)所受的集中荷載平均分配到起吊處的六個節(jié)點(diǎn)上，即464/6=77.33KN。

4.5 后處理模式

當(dāng)建模完畢之后，即可運(yùn)行MIDAS/GEN的后處理模式，即有限元計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算，起吊貝雷架的最大撓度出現(xiàn)在起吊懸臂的端部，最大撓度為17.49mm，如圖2所示;最大應(yīng)力出現(xiàn)在懸臂支撐點(diǎn)處，最大應(yīng)力為243.56MPa，如圖3所示。

圖2 貝雷架撓度計(jì)算結(jié)果

圖3 貝雷架應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論與建議

通過以上驗(yàn)算可以得出以下結(jié)論:貝雷架懸臂端的最大撓度為17.49mm＜6000/200=30mm，滿足要求;貝雷架最大應(yīng)力為243.56MPa，小于16Mn鋼材的屈服點(diǎn)345MPa。在貝雷架吊裝的使用過程中建議:加強(qiáng)貝雷架之間的橫向連接;起吊鞍座時盡量慢速勻速起吊，減少動荷載的作用;由于跨度較大，建議在貝雷架的兩邊加設(shè)足夠纜風(fēng)繩，以提高貝雷架的整體穩(wěn)定性。

［1］孫九春，盧瑛.貝雷架作為橋梁承重支架應(yīng)用時的理論分析與實(shí)踐應(yīng)用研究［J］.上海公路，2010(01).

［2］史西華.利用貝雷架作現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)模板支撐架平臺［J］.山西建筑，2012(05).

［3］吳小強(qiáng)，李盛斌.基于midas軟件的連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)邊界條件的分析［J］.電子測試，2013(19).