臨近既有線大提升高度扶梯吊裝力學(xué)分析

李建軍 易小紅 楊華

（西繼迅達(dá)電梯有限公司，河南 許昌 461000）

臨近既有線大提升高度扶梯吊裝力學(xué)分析

李建軍 易小紅 楊華

（西繼迅達(dá)電梯有限公司，河南 許昌 461000）

在國家的鐵路基礎(chǔ)建設(shè)中，鐵路沿線站房、站臺(tái)對(duì)電、扶梯的需求不斷提高，并隨鐵路既有線施工。既有線扶梯施工存在吊裝難度大，安全等級(jí)高的特點(diǎn)。涉及鐵路運(yùn)行安全，需對(duì)吊裝過程力學(xué)分析。本文基于實(shí)際工程案例，希望能給予相關(guān)工程的工作人員提供參考。

既有線；大提升高度扶梯；吊裝；力學(xué)分析

新建高鐵站應(yīng)設(shè)計(jì)要求需安裝兩臺(tái)自動(dòng)扶梯，扶梯垂直提升高度13.4m，安裝位置臨近既有線——正常通行鐵路線，吊裝過程需保障既有線的運(yùn)營安全，故編制方案并擬定施工保障措施以保證施工安全。

扶梯外形輪廓尺寸：長32.5m，寬1.6m，高2m。單臺(tái)扶梯重量約為19t，單體自重大。吊裝過程中將扶梯分為3段，上段重9t，中間段和下段分別重5t。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，每臺(tái)扶梯下設(shè)有3個(gè)中間支撐點(diǎn)，吊裝扶梯每段要從中間支撐點(diǎn)穿行，方至安裝位置。

扶梯井道緊鄰既有線，作業(yè)空間狹小，扶梯井道外側(cè)的鋼管支架不能拆除。施工過程中無法使用大型起吊設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)采用小型設(shè)備及增加吊點(diǎn)的方式起吊扶梯。

1 運(yùn)輸及吊裝方案

1.1 運(yùn)輸

采用叉車（5t叉車2臺(tái)）將自動(dòng)扶梯（先下段，再中段，后上段的順序）運(yùn)送至起吊點(diǎn)的正下方，做好起吊前準(zhǔn)備。

1.2 吊裝方案

1.2.1 設(shè)置臨時(shí)吊點(diǎn)。在起吊作業(yè)面狹窄的情況下，通過增加臨時(shí)起吊點(diǎn)的方式起吊扶梯（如圖1所示）。

圖1 扶梯吊裝就位圖

1.2.2 起吊過程。先用小型起吊設(shè)備將扶梯下段從下側(cè)兩中間支撐空間吊起至上方臨時(shí)起吊點(diǎn)處，隨后采用電動(dòng)葫蘆（10t、7.5t）繼續(xù)起吊，當(dāng)扶梯下側(cè)超出支撐面后，采用手動(dòng)葫蘆（5t）從扶梯尾部牽引，平移至設(shè)計(jì)標(biāo)高。而后起吊中段和上段至設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后完成對(duì)接，完成整個(gè)施工過程。

第一個(gè)吊點(diǎn)用一個(gè)10t的電動(dòng)葫蘆，第二個(gè)吊點(diǎn)用一個(gè)7.5t的電動(dòng)葫蘆，第三個(gè)吊點(diǎn)用兩個(gè)10t的電動(dòng)葫蘆，第四個(gè)吊點(diǎn)用一個(gè)7.5t電動(dòng)葫蘆，第五個(gè)吊點(diǎn)用7.5t電動(dòng)葫蘆。人字形龍門架與錨栓之間用5t手拉葫蘆連接［1］。

2 吊裝過程力學(xué)計(jì)算

2.1 上段扶梯吊裝計(jì)算

上段扶梯吊裝難度最大，重量最重，吊裝過程及臨時(shí)吊點(diǎn)組成最復(fù)雜，故需要對(duì)其吊裝過程進(jìn)行驗(yàn)算，在整個(gè)吊裝過程中，鋼絲繩（6×37+1）的拉力也在隨著吊裝的進(jìn)行發(fā)生變化。

2.1.1 工況1。上段扶梯吊裝需要從上側(cè)兩中間支撐空間吊起，故吊裝過程中，扶梯需要與水平面成一定的夾角，初步從第二和第三吊點(diǎn)起吊，需要對(duì)鋼絲繩抗拉承載力進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)起吊至支點(diǎn)以上時(shí)，吊點(diǎn)2不參與工作，吊點(diǎn)3和人字龍門架參與工作。上段扶梯吊裝過程如圖2所示。

圖2 上段扶梯吊裝過程圖

根據(jù)受力平衡，吊裝起吊至橫梁上側(cè)時(shí)，鋼絲繩承受荷載計(jì)算如下：

①工況1-1計(jì)算。假定工況1-1狀態(tài)吊點(diǎn)2和吊點(diǎn)3和水平方向夾角分別為α和β。根據(jù)平衡條件可得：

其中，G表示上段扶梯自重為90kN；T1、T2表示扶梯相連鋼絲繩拉力。cosα=0.14,cosβ=0.099,sinα=0.99,sinβ=0.995。

解得：T1=37.65kN，T2=53.25kN。

②工況1-2計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下：

其中，cosα=0.70,sinα=0.72,cosβ=0.099,sinβ=0.995。

解得：T1=11.50kN，T2=82.12kN。

2.1.2 工況2。當(dāng)上段扶梯起吊至上側(cè)橫梁后，第一吊點(diǎn)從扶梯上部牽引，將扶梯向前移動(dòng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，在此過程中，第一吊點(diǎn)牽引時(shí)，第二吊點(diǎn)不參與工作，移動(dòng)過程由第一吊點(diǎn)和第三吊點(diǎn)參與工作［2］。故此時(shí)為該工況的最不利位置。具體驗(yàn)算如下：

根據(jù)平衡條件可得：

其中，cosα=0.349,sinα=0.938,cosβ=0.962,sinβ=0.273。

解得：T1=67.10kN，T2=24.40kN

從上述工況計(jì)算可知，鋼絲繩的最大拉力為82.12kN，假定安全因數(shù)為2.0，故鋼絲繩最大正應(yīng)力為：

從上述驗(yàn)算可知，鋼絲繩在吊裝上段扶梯時(shí)強(qiáng)度滿足要求。

2.2 人字形門架計(jì)算

因第二、三、四吊點(diǎn)位置略低，不能滿足上段扶梯頂部的吊裝要求，故在吊點(diǎn)1增設(shè)人字形門架以滿足起吊要求。

2.2.1 最不利位置確定。人字形門架受力計(jì)算采用MIDAS模型分析，模型演變成荷載作用下的超靜定問題［3］。具體模型如圖3所示。

圖3 人字形門架MIDAS模型圖

在上段扶梯從臨時(shí)吊點(diǎn)2向人字形門架移動(dòng)的過程中，鋼絲繩的受力及鋼絲繩和水平向的夾角一直在變化，故需驗(yàn)算兩種狀態(tài)下的人字形門架受力：①吊點(diǎn)2和吊點(diǎn)3將上段扶梯吊裝至支撐上方時(shí)，人形門架參與受力，吊點(diǎn)2不參與受力時(shí)，即工況1-2；②上段扶梯吊裝就位，人形門架參與受力，吊點(diǎn)3參與受力，即工況2。

2.2.2 最不利工況驗(yàn)算。根據(jù)Midas模型計(jì)算，人字形門架在加載工況2作用下，后端鋼絲繩最大拉力Fmax=5.7kN，取安全因數(shù)為2.0，鋼絲繩最大正應(yīng)力：

從上述驗(yàn)算可知，人字形門架后鋼絲繩在吊裝上段扶梯時(shí)強(qiáng)度滿足要求，從計(jì)算結(jié)果亦可看出剛度也滿足要求。

2.2.3 臨時(shí)型鋼計(jì)算。第二、三、四臨時(shí)吊點(diǎn)采用懸臂型鋼的方式，型鋼型號(hào)采用250×250H型鋼，型鋼尾端先2個(gè)M12×120mm錨栓固定防止位移，然后在站臺(tái)上H鋼尾部站臺(tái)面上開2個(gè)? 10cm的圓孔，再用鋼絲繩環(huán)繞固定，防止型鋼傾覆。故H型鋼按照懸臂結(jié)構(gòu)計(jì)算，計(jì)算在指定荷載作用下的強(qiáng)度和剛度。懸挑端與起吊環(huán)采用鋼絲繩環(huán)繞固定，防止起吊環(huán)徑向位移導(dǎo)致的吊環(huán)滑落。

2.3 下段扶梯吊裝計(jì)算

下段扶梯吊裝初期，第三、四吊點(diǎn)參與工作，而后第五吊點(diǎn)參與工作，第四吊點(diǎn)不參與工作，通過第五吊點(diǎn)橫向拉力使下段扶梯平移到位。

下段扶梯吊裝需要從下側(cè)兩中間支撐空間吊起，故吊裝過程中，扶梯需要與水平面成一定的夾角，初步從第3和第4吊點(diǎn)起吊，需要對(duì)鋼絲繩抗拉承載力進(jìn)行驗(yàn)算，當(dāng)起吊至支點(diǎn)以上時(shí)，吊點(diǎn)4不參與工作，吊點(diǎn)3和吊點(diǎn)5參與工作。下段扶梯吊裝過程如圖4所示。

圖4 下段扶梯吊裝過程圖

根據(jù)受力平衡，吊裝起吊至橫梁上側(cè)時(shí)，鋼絲繩承受荷載計(jì)算如下：

2.3.1 工況1。假定工況1-1狀態(tài)吊點(diǎn)3和吊點(diǎn)4和水平方向夾角分別為α和β。

根據(jù)平衡條件可得：

其中，G'表示下段扶梯自重為50kN；T1、T'1、T2表示扶梯相連鋼絲繩拉力；cosα=0.086,cosβ=0.068,sinα=0.996,sinβ=0.998。

解得：T1=22.14kN，T2=28.00kN。

工況1-2的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：

其中，cosα=0.87,sinα=0.996,cosβ=0.96,

sinβ=0.27。

解得：T1=48.99kN，T2=4.44kN。

2.3.2 工況2。當(dāng)下段扶梯起吊至上側(cè)橫梁后，第五吊點(diǎn)從扶梯下部牽引，將扶梯向后移動(dòng)至7.2m層地面。在此過程中，第五吊點(diǎn)牽引，第四吊點(diǎn)不參與工作，移動(dòng)過程由第五吊點(diǎn)和第三吊點(diǎn)參與工作。故此時(shí)為該工況的最不利位置。具體驗(yàn)算如下。根據(jù)平衡條件可得：

其中，cosα=0.96,sinα=0.72,cosβ=0.069,sinβ=0.998。

解得：T1=4.67kN，T2=46.7kN。

從上述工況計(jì)算可知，鋼絲繩的最大拉力為48.99kN,假定安全因數(shù)為2.0，故鋼絲繩最大正應(yīng)力：

從以上驗(yàn)算可知，鋼絲繩在吊裝上段扶梯時(shí)強(qiáng)度滿足要求。

3 臨近既有線安全措施

①在臨近既有線作業(yè)范圍內(nèi)的施工作業(yè)，均應(yīng)設(shè)置防護(hù)，防護(hù)人員均需經(jīng)考試合格的職工擔(dān)任，未設(shè)好防護(hù)，未經(jīng)批準(zhǔn)，不得施工。

②臨近既有線施工的機(jī)械必須由專人指揮，操作人員必須培訓(xùn)考核合格持證上崗。

③臨近既有線施工人員必須培訓(xùn)考核合格后才能進(jìn)場(chǎng)施工，并且在施工區(qū)域設(shè)專職防護(hù)員，施工過程中禁止將垃圾拋入既有線，并且做到工完料清腳下清。

［1］ 鐵道部.鐵路營業(yè)線施工安全管理辦法［EB/OL］.（2012-12-09）［2017-10-09］.http://www.doc88.com/p-706892167562.html.

［2］ 國家石油和化學(xué)工業(yè)局.HG20201-2000，工程建設(shè)安裝工程起重施工規(guī)范［S］.2000.

［3］ 楊文柱.起重吊裝簡(jiǎn)易計(jì)算［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

High-rise Escalator Hoisting Analysis in Existing Line

Li JianjunYi XiaohongYang Hua
（XJ Schindler Elevator Co.Ltd.，Xuchang Henan 461000）

In the nation’s rail infrastructure,along the railway station building and platform,the demanding of elevator and escalator are also increased,and those proceeding with the existing railway construction.For such site,the escalator installation has difficulties in hoisting and high-safety level requirement.This article was based on practical engineering case,hope to provide reference to the relevant engineering staff.

existing line；escalator with large lifting height；hoisting；mechanical analys

TN820

A

1003-5168（2017）11-0056-03

2017-10-09

李建軍（1979-），男，本科，中級(jí)工程師，研究方向：電扶梯。