大傾角鋼結(jié)構(gòu)桁架整體單機(jī)吊裝關(guān)鍵技術(shù)

何江

摘 要：本文以中泰化學(xué)托克遜200萬噸/年電石項目10#棧橋（鋼桁架結(jié)構(gòu)）吊裝為例，針對棧橋重量大、跨度大、現(xiàn)場吊裝場地狹小、施工進(jìn)度緊等特點，闡述了單機(jī)整體吊裝的關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)介紹了大傾角大跨度桁架在吊裝施工中吊點的選擇、鋼絲繩角度及長度的計算、吊裝各項受力分析及安全性驗算方法等。此技術(shù)在中泰化學(xué)托克遜200萬噸/年電石項目20余條棧橋吊裝中取得了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大傾角；大跨度；整體單機(jī)吊裝；吊裝受力分析

1 前言

鋼結(jié)構(gòu)桁架是由直桿件組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)，桁架的桿件主要承受軸向拉力或壓力，以自重小、剛度大、節(jié)省材料等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于公用建筑工程、礦山工程、橋梁工程、工業(yè)建筑等。而在實際應(yīng)用中，經(jīng)常以高空桁架的形式出現(xiàn)，并經(jīng)常有施工場地小、跨度大、重量大等施工特點，施工難度往往比較大。所以，鋼結(jié)構(gòu)桁架施工方案的選擇以及鋼絲繩受力分析為鋼結(jié)構(gòu)桁架施工中的關(guān)鍵。

2 概述

中泰化學(xué)托克遜200萬噸/年電石項目原料輸送系統(tǒng)共有20余條棧橋，其中10#棧橋連接了西側(cè)炭材濕料倉與東側(cè)烘干窯，由四條結(jié)構(gòu)形式相同的單跨鋼桁架組成，由角鋼組合焊接而成 ，整體由兩榀立面桁架和桁架上下弦之間的水平及斜撐組成，整體組成空間桁架，整體尺寸為43.6m×3.3 m×4.5 m，上下弦桿及腹桿均采用角鋼背對填板組合焊接而成的⊥型截面，上弦之間由H型鋼水平撐為及角鋼斜撐栓焊連接，下弦之間主要由H型鋼栓焊連接。單跨投影跨度30.8m，寬度3.3m，高度m，自身長度43.6m，與水平面夾角45°，單跨重量55.3t，四條鋼桁架平行布置，相對獨(dú)立。桁架間凈距8.3m，棧橋南側(cè)緊鄰9#棧橋，距9#棧橋（已安裝）凈距13.9m，北側(cè)為空地，可作為現(xiàn)場拼裝場地和吊車行走道路。綜上所述，10#棧橋具有吊裝場地狹小、重量大、跨度大、傾角大的特點。現(xiàn)場布置情況見圖1。

3 工程難點

3.1 場地小，風(fēng)險大

最南側(cè)鋼桁架距離9#棧橋只有13.9m，10#棧橋各鋼桁架凈距8.3m，東西建筑物之間距離34.7m，小于桁架自身長度，東側(cè)烘干窯為高聳構(gòu)筑物，窯體安裝作業(yè)正在進(jìn)行，吊裝方案稍有差錯，便會造成碰撞事故。場地內(nèi)大型起重設(shè)備難以施展，四跨鋼桁架不能平行作業(yè)，場地狹小給吊裝作業(yè)造成極大的困難與風(fēng)險。

3.2 傾角大、重量大

鋼結(jié)構(gòu)桁架與地面傾角45°，單跨重量55.3t，支座標(biāo)高最高26.700m，吊裝施工難度大。

3.3 桁架不能直接吊裝

現(xiàn)場拼裝不能就近作業(yè)，只能選擇離作業(yè)面較遠(yuǎn)的場地，桁架拼裝好后需平移至作業(yè)面后才能吊裝，重達(dá)55.3t的桁架平移作業(yè)施工難度較大。

3.4 大型桁架運(yùn)輸難度大

43.6m長的桁架選擇加工廠制作，則運(yùn)輸難度較大，整體運(yùn)輸不但造成構(gòu)件變形，而且會產(chǎn)生高額的運(yùn)輸費(fèi)用。如選擇現(xiàn)場制作，則工期較長。故需綜合工期、構(gòu)件自身特點、現(xiàn)場條件等因素，選擇最優(yōu)方案。

4 施工方案的選擇

根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點，作業(yè)環(huán)境，工期要求，吊裝機(jī)械配置情況，以及綜合考慮了各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件。本工程總體采用單榀桁架及其他構(gòu)件加工廠制作，現(xiàn)場拼裝，采用180t履帶吊單機(jī)整體吊裝法的施工方案，結(jié)合場地條件，四條桁架由南往北逐次吊裝。

4.1 加工運(yùn)輸

單榀立面桁架、桁架間下弦支撐、上弦斜撐等構(gòu)件均由專業(yè)廠家在加工廠進(jìn)行加工、制作，制作時立面桁架從中間部位節(jié)點處斷開以減小運(yùn)輸長度，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后組裝成整體單榀立面桁架。這樣既可以解決大型構(gòu)件運(yùn)輸變形問題，也可節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用。

4.2 現(xiàn)場拼裝

桁架自重和尺寸較大，場地狹小，組裝場地設(shè)置于10#棧橋北側(cè)空地。胎架南北設(shè)置，東西各設(shè)置兩組組裝胎架，用以完成四組桁架的組裝工作，如圖1所示，胎架之間空地作為組裝裝吊車及其他車輛行走路線。采用一臺25噸汽車吊配合桁架組裝施工，吊車南北站位，同時兼顧東西兩組胎架上的組裝施工。

4.3 整體單機(jī)吊裝

桁架組裝完成焊縫、螺栓及外形尺寸驗收合格后，組織吊裝。采用施工現(xiàn)場既有的180噸履帶吊，對組裝成形的桁架進(jìn)行整體吊裝。

由于組裝場地距離作業(yè)面較遠(yuǎn)，吊裝施工分兩步完成。第一步，先將桁架平移至吊裝作業(yè)面地面，第二步，對桁架進(jìn)行吊裝作業(yè)。

5 關(guān)鍵技術(shù)

5.1 吊點的選擇

本工程桁架自身長度43.6m，且構(gòu)造對稱，重心基本與形心重合，即為桁架的中心點，吊點選在距兩榀立面桁架支座處各10.9m上弦節(jié)點板上，共設(shè)四個吊點，即吊點的縱向距離為21.8m（斜長），橫向距離為桁架寬度3.3m（如圖2）。

5.2 鋼絲繩長度的計算

吊裝作業(yè)中，吊鉤重心與重物的重心一般都在同條垂線上，桁架吊裝也不例外。由于桁架起吊后與地面呈45°夾角，所以鋼絲繩出現(xiàn)上短下長的現(xiàn)象，分解到長鋼絲繩上的力始終大于短鋼絲繩上的力。而短鋼絲繩與垂線夾角越小，分解到長鋼絲繩與短鋼絲繩上的力越接近。若鋼絲繩長度無限大，則長短鋼絲繩上力近似相等。

6 結(jié)束語

中泰化學(xué)托克遜200萬噸/年電石項目10#棧橋的吊裝作業(yè)僅用了不足四個小時，便完成了四組鋼結(jié)構(gòu)空間桁架的吊裝施工，大傾角鋼結(jié)構(gòu)桁架整體單機(jī)吊裝技術(shù)的成功應(yīng)用，完全得益于對其進(jìn)行了精確的理論分析。并在在施工場地狹小、周邊環(huán)境復(fù)雜、工期緊張的情況下總結(jié)出了一種快速、安全的吊裝作業(yè)方法，取得了一定經(jīng)濟(jì)效益，加快了施工進(jìn)度，為后續(xù)設(shè)備安裝提供了連續(xù)的工作面與充足的工期，得到參建各方一致好評。

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