淺談鋼結(jié)構(gòu)箱梁吊裝耳板設(shè)計(jì)方法

宗明明

（三江學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210012）

淺談鋼結(jié)構(gòu)箱梁吊裝耳板設(shè)計(jì)方法

宗明明

（三江學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210012）

隨著我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)箱梁在大跨結(jié)構(gòu)工程中的廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)箱梁吊裝施工中吊裝耳板成為鋼箱梁安裝過(guò)程中的重要構(gòu)件。結(jié)合某跨線橋鋼箱梁吊裝的實(shí)際工程，探討吊裝耳板的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法，為鋼結(jié)構(gòu)安裝工程提供參考依據(jù)。

大跨鋼箱梁；吊裝方案；雙機(jī)抬吊；吊裝驗(yàn)算；耳板設(shè)計(jì)

1 問(wèn)題的提出

隨著我國(guó)基本建設(shè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)而言，具有自重輕、承載能力高、便于施工和維護(hù)等特點(diǎn)，在土木工程中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。如在建筑工程中全鋼結(jié)構(gòu)、鋼-鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)等；在橋梁工程中，鋼桁架橋、鋼箱梁橋、鋼-混凝土組合箱橋等；在城市市政工程中，跨越城市主干道的人行橋、風(fēng)景園林景區(qū)觀光橋、地鐵或輕軌車(chē)站建筑等。由于鋼結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件在專(zhuān)業(yè)工廠制作，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝，所以鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工中吊裝方案、吊裝方法、吊點(diǎn)的布置、吊裝耳板的設(shè)計(jì)等尤為重要。據(jù)相關(guān)資料報(bào)道，上海某工程鋼箱梁吊裝過(guò)程中由于吊裝耳板的撕裂破壞，造成一人當(dāng)場(chǎng)死亡、一人重傷。本文結(jié)合南京市某跨線鋼箱梁橋吊裝工程，對(duì)鋼箱梁吊裝耳板設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討。

2 鋼箱梁吊裝設(shè)計(jì)步驟

鋼箱梁吊裝設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該根據(jù)業(yè)主的要求和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合考慮確定鋼箱梁的起吊安裝方案；確定吊機(jī)的起重噸位和起重機(jī)的臺(tái)數(shù)；綜合考慮確定構(gòu)件的吊點(diǎn)位置；最后進(jìn)行鋼箱梁起吊耳板的設(shè)計(jì)。

南京市內(nèi)某跨線橋采用鋼箱梁，該工程的鋼箱梁吊裝單元的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

根據(jù)業(yè)主的要求，該跨線橋由于需要跨越城市主要交通干道，施工期間不能全封閉，只能分段安裝，保證道路半幅通行。再根據(jù)起重機(jī)起吊高度、構(gòu)件自重和起重機(jī)的臂長(zhǎng)，經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算確定每個(gè)吊裝單元均采取雙機(jī)抬吊的吊裝方案。

該工程鋼箱梁吊裝采用雙機(jī)抬吊，故每根箱梁設(shè)置四個(gè)吊點(diǎn)，吊點(diǎn)設(shè)置在距每根箱梁?jiǎn)卧倪吘? m處，吊點(diǎn)的具體位置見(jiàn)表1。由于鋼結(jié)構(gòu)箱梁的截面尺寸較大，鋼結(jié)構(gòu)板材的抗拉強(qiáng)度較高。圖1為吊裝示意圖。

表1 某跨線橋鋼箱梁吊裝驗(yàn)算技術(shù)參數(shù)

圖1 鋼箱梁吊裝示意圖

3 鋼箱梁吊裝耳板設(shè)計(jì)

鋼箱梁吊裝耳板設(shè)計(jì)中，應(yīng)進(jìn)行下列內(nèi)容的設(shè)計(jì)計(jì)算：①吊點(diǎn)的受力計(jì)算；②吊裝耳板與鋼箱梁構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)計(jì)算；③吊裝耳板的承載能力設(shè)計(jì)與計(jì)算；④吊裝耳板的構(gòu)造設(shè)計(jì)。

3.1 鋼箱梁每個(gè)吊點(diǎn)的耳板受力計(jì)算

根據(jù)該工程吊裝方案中提供的參數(shù)，四種鋼箱梁中預(yù)制單元2跨度為24 m，單體重約為33.5 t。每個(gè)箱梁設(shè)四個(gè)吊點(diǎn)，吊裝采用雙機(jī)抬吊方式。所以每個(gè)吊點(diǎn)的軸向拉力值，按照起吊最大單元自重33.5 t計(jì)算，則每個(gè)吊點(diǎn)所承受的拉力為：

33.5 /4=8.4 t-840 000 N（自重）根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，吊裝時(shí)可能產(chǎn)生加速度，故應(yīng)考慮1.5動(dòng)力系數(shù)，則每個(gè)吊點(diǎn)承受拉力值為84 000×1.5=126 000 N。

3.2 吊點(diǎn)耳板與箱梁連接角焊縫設(shè)計(jì)

耳板與鋼箱梁采用雙面角焊縫連接，初定角焊縫的焊角尺寸為hf=10 mm，耳板采用Q345B鋼板，焊材采用50系列焊條，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范查得角焊縫抗拉強(qiáng)度f(wàn)qf=200 N/mm3，按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，外力N與焊縫長(zhǎng)度方向垂直，則：

其中考慮正面角焊縫的剛度較大，韌性較差，應(yīng)將其強(qiáng)度降低應(yīng)用，所以按照直接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)中的角焊縫考慮，取βf=1.0，則雙面角焊縫長(zhǎng)度lw為：

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，最小焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，考慮焊接引弧，則焊縫實(shí)際長(zhǎng)度取hf=15×10= 150 mm＜60hf=6×10=600 m（最大角焊縫長(zhǎng)度）。

3.3 耳板設(shè)計(jì)

本工程吊裝耳板擬采用下部矩形、上部圓弧型。根據(jù)上述耳板與構(gòu)件的連接焊縫長(zhǎng)度計(jì)算，吊裝耳板的底部長(zhǎng)度可以取為150 mm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，為保證吊裝時(shí)減少構(gòu)件的擺動(dòng)，要求吊車(chē)采用吊環(huán)（穿銷(xiāo)釘）與耳板連接進(jìn)行吊裝。所以吊裝耳板設(shè)計(jì)時(shí)要考慮吊車(chē)所備用的吊具；要考慮穿吊具的孔徑為多大；要考慮開(kāi)孔后板的抗拉強(qiáng)度；要考慮開(kāi)孔到耳板上邊緣的距離應(yīng)為孔徑的2倍。

本工程初定吊裝耳板開(kāi)孔直徑50 mm，耳板的鋼板采用Q345級(jí)鋼板，厚度在16～35之間，抗拉強(qiáng)度f(wàn)=295 N/mm2。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，鋼板的最小厚度應(yīng)為

考慮保證施工安全以及材料供應(yīng)情況，本工程擬采用16 mm厚鋼板即可滿足要求。由于吊裝耳板的圓弧部分開(kāi)孔，削弱了耳板的截面尺寸，故對(duì)耳板開(kāi)孔部分的截面承載力進(jìn)行了驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)算滿足吊裝時(shí)的承載力要求。該工程耳板制作圖樣見(jiàn)圖2。

圖2 吊裝耳板制作圖

4 結(jié)論

在大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件吊裝過(guò)程中，為了保證吊裝的安全并且方便施工：①要結(jié)合工程的實(shí)際情況確定吊裝方案；確定起吊的吊機(jī)臺(tái)數(shù)；設(shè)計(jì)吊點(diǎn)的位置，從而計(jì)算出吊點(diǎn)的受力。②吊裝耳板設(shè)計(jì)要結(jié)合吊具的選擇，考慮耳板與構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)，耳板的抗拉承載力設(shè)計(jì)，耳板的構(gòu)造設(shè)計(jì)等，從而保證吊裝的順利進(jìn)行。

[1]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2]黃呈偉.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2005.

[3]GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

作者：宗明明（1984-），男，本科，從事土木工程教學(xué)工作。

With the extensive use of steel box girders in large-span structures in China，lifting lug has become the major component in the lifting and installation process of steel box girders.Relying on a practical flyover project with lifting of steel box girders，this paper explores the design content and design method of the lifting lug.This research also provides a reference for the installation of steel structures.

large-span steel box girder；lifting manual；dual-crane lifting；lifting calculation；lug design

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2014-7-17)