預(yù)制管廊構(gòu)件翻轉(zhuǎn)吊具研究與應(yīng)用

（中交隧道局華中工程有限公司，湖北武漢 430013）

綜合管廊采用立式模板澆筑完成后，在滿足蒸養(yǎng)條件下混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%，即可拆模進(jìn)行吊裝轉(zhuǎn)移至管廊翻轉(zhuǎn)區(qū)，利用翻轉(zhuǎn)臺對其翻轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)運(yùn)至存放區(qū)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。翻轉(zhuǎn)臺利用翻轉(zhuǎn)機(jī)通過集裝翻轉(zhuǎn)鉸鏈和底座進(jìn)行連接，將管廊進(jìn)行90°翻轉(zhuǎn)，由立式轉(zhuǎn)變?yōu)榕P式，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高、安全可靠等特點(diǎn)?？紤]到預(yù)制廠場地具有局限性，管廊翻轉(zhuǎn)后超高，在運(yùn)輸過程中存在風(fēng)險(xiǎn)，將綜合管廊運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行翻轉(zhuǎn)和拼裝作業(yè)，在現(xiàn)場翻轉(zhuǎn)過程中使用了自制了吊具，操作簡單，節(jié)約了預(yù)制廠成本。本文以雪松路（一期）管廊預(yù)制節(jié)翻轉(zhuǎn)為實(shí)例，對其自制翻轉(zhuǎn)吊具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行介紹。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于湖南省長沙市湘江新區(qū)梅溪湖國際新城，工程范圍包括雪松路、梧桐路、紅楓路、金菊路、櫻花路、鈴蘭路、百合路，新建7條道路的地下綜合管廊及1座綜合管廊控制中心，綜合管廊長約15.2 km。

為完成施工生產(chǎn)任務(wù)，綜合管廊預(yù)制廠共采購12套鋼模板，污水艙管廊采用臥式模板進(jìn)行澆筑，共3套；紅楓路管廊、雪松路管廊及櫻花路管廊均采用立式模板進(jìn)行澆筑，共9套。預(yù)制管廊工程數(shù)量如表1所示。

表1 預(yù)制管廊工程數(shù)量表

2 自制翻轉(zhuǎn)吊具的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1 翻轉(zhuǎn)吊具設(shè)計(jì)依據(jù)

雪松路（一期）預(yù)制管廊結(jié)構(gòu)尺寸為2 m（長）×7.4 m（寬）×3.55 m（高），為便于綜合管廊吊裝及翻轉(zhuǎn)，澆筑前在其短向兩側(cè)壁對稱位置預(yù)埋吊運(yùn)吊釘及翻轉(zhuǎn)吊釘，吊運(yùn)吊釘6個(gè)，橫向間距2.45 m，縱向間距1.2 m；翻轉(zhuǎn)吊釘2個(gè)，采用偏心設(shè)計(jì)預(yù)埋位置在管廊重心上端20 cm，其轉(zhuǎn)動軸軸線與綜合管廊預(yù)制構(gòu)件的對應(yīng)側(cè)面垂直。

吊釘平面布置如圖1所示，吊釘平面示意圖如圖2所示。

圖1 吊釘平面布置圖（單位：m）

圖2 吊釘平面示意圖

根據(jù)構(gòu)件自重選擇其預(yù)埋吊釘，吊裝安全系數(shù)為1.5。管廊預(yù)埋吊釘型號如表2所示。

表2 管廊預(yù)埋吊釘型號

2.2 翻轉(zhuǎn)吊具制作與應(yīng)用

在拼裝現(xiàn)場將綜合管廊翻轉(zhuǎn)并進(jìn)行拼裝時(shí)，現(xiàn)場技術(shù)人利用杠桿原理，結(jié)合在綜合管廊已預(yù)埋好的翻轉(zhuǎn)吊釘，翻轉(zhuǎn)前構(gòu)件重心不在同一鉛垂面上，翻轉(zhuǎn)后與構(gòu)件的重心在同一鉛垂面上，通過起吊吊具，利用其自重作用力下繞翻轉(zhuǎn)吊釘緩慢進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)簡單易于操作，翻轉(zhuǎn)后無須再次落鉤，可直接進(jìn)行綜合管廊的拼裝作業(yè)，提高了工作效率，并且適用于不同結(jié)構(gòu)尺寸構(gòu)件的翻轉(zhuǎn)。

鋼扁擔(dān)采用350 mm×175 mmH型鋼與2 cm厚鋼板焊接而成，總長8.2 m，寬0.4 m，高0.7 m。扁擔(dān)主梁增加斜撐，在其兩端分別焊接端頭板，確保在翻轉(zhuǎn)過程中受力均勻，不發(fā)生彎折變形。

主梁下端通過兩個(gè)對稱的吊裝孔與鋼絞線連接預(yù)制構(gòu)件，上端通過起吊口與鋼絲繩連接履帶吊。

鋼扁擔(dān)尺寸左視圖如圖3所示，鋼扁擔(dān)尺寸前視圖如圖4所示。

圖3 鋼扁擔(dān)尺寸左視圖

圖4 鋼扁擔(dān)尺寸前視圖

根據(jù)綜合管廊預(yù)制構(gòu)件的尺寸大小，在其相對應(yīng)的位置預(yù)留對稱吊孔，為保證在翻轉(zhuǎn)過程中防止鋼絲繩與混凝土面接觸摩擦發(fā)生破損，制作過程中鋼扁擔(dān)下端翻轉(zhuǎn)孔尺寸兩側(cè)各大于管廊尺寸15 cm。

鋼扁擔(dān)制作如圖5所示。

圖5 鋼扁擔(dān)的制作

為保證翻轉(zhuǎn)過程中綜合管廊預(yù)制構(gòu)件承插口無污染、無受力破損現(xiàn)象，在翻轉(zhuǎn)前將構(gòu)件放置緊貼沙堆旁，翻轉(zhuǎn)過程在沙堆中進(jìn)行操作。翻轉(zhuǎn)后的綜合管廊可落在已鋪好細(xì)砂的基坑旁，可直接吊入基坑進(jìn)行管廊拼裝作業(yè)。

鋼扁擔(dān)的應(yīng)用如圖6所示。

圖6 鋼扁擔(dān)的應(yīng)用

2.3 鋼扁擔(dān)力學(xué)計(jì)算

（1）內(nèi)力計(jì)算。

根據(jù)自制鐵扁擔(dān)工作的性質(zhì)和情況，分析預(yù)制管廊在吊裝過程中受力形式如圖7所示。

圖7 鋼扁擔(dān)受力示意圖

管廊自重：

式中：L——翻轉(zhuǎn)吊具總長（m）；q——所受外力。

代入數(shù)據(jù)，所受外力為54.39 kN/m。

在這種情況下，P點(diǎn)所受彎矩、剪力最大，可以定位剛性節(jié)點(diǎn)，在自重和外力作用下的彎矩如圖8所示。

圖8 自重與外力作用下彎矩示意圖

式中：M2——最不利承受荷載質(zhì)量（kg）；L1——翻轉(zhuǎn)吊具長度（m）；F1、F2——最不利荷載下所承受的最大重量。

代入數(shù)據(jù)，得457.15 kN。

（2）截面積算。

最小截面示意圖如圖9所示。

圖9 最小截面示意圖

查表可知Ix為4 265 cm2；截面模量為487.428。在H型鋼焊接均勻加勁鋼板，可將力均勻傳遞與分布，可視為1根整體截面構(gòu)件。

（3）強(qiáng)度計(jì)算。

式中：f——垂直于截面的拉（壓）力；X——翻轉(zhuǎn)吊具長度；M——彎矩。

代入數(shù)據(jù)，彎矩為104.797 kN/m，去掉自重產(chǎn)生的彎矩為352.35 kN/m。

（4）剛度計(jì)算。

式中：V——?jiǎng)偠龋籈——截面積。

承受彎矩力為鋼扁擔(dān)承受彎矩力的0.36；最不利狀態(tài)下所承受的重量為30.93 t；

綜上所述，鋼扁擔(dān)滿足施工要求，安全系數(shù)為1.93。

3 自制翻轉(zhuǎn)吊具使用后效果分析

在自制翻轉(zhuǎn)吊具未使用前，管廊翻轉(zhuǎn)主要依靠履帶吊鋼絲繩直接掛鉤于翻轉(zhuǎn)吊釘上，起吊過程中掛鉤與鋼絲繩夾角較小，鋼絲繩受力直接作用于預(yù)制構(gòu)件承插口，翻轉(zhuǎn)過程中摩擦阻力較大，難以將其順利翻轉(zhuǎn)，且對承插口砼接觸面造成破損。

自制吊具未使用前翻轉(zhuǎn)情況如圖10所示。

圖10 自制吊具未使用前翻轉(zhuǎn)情況

在使用自制吊具進(jìn)行翻轉(zhuǎn)后，由于其工具簡單、操作方便，提高了工作效率，提升了預(yù)制管廊混凝土外觀質(zhì)量，降低了施工成本，提高了成品一次合格率、一次優(yōu)良率。

自制吊具使用后翻轉(zhuǎn)作業(yè)如圖11所示。

圖11 自制吊具使用后翻轉(zhuǎn)作業(yè)

4 結(jié)語

自制吊具在綜合管廊預(yù)制構(gòu)件翻轉(zhuǎn)過程中的成功應(yīng)用，為以后類似的工程提供了施工經(jīng)驗(yàn)，其利用了預(yù)埋翻轉(zhuǎn)吊釘?shù)脑O(shè)計(jì)，使其通過構(gòu)件自身的重力進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，提高了工作效率，節(jié)約了成本，有效保護(hù)了混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量。自制吊具設(shè)計(jì)靈活、適用性強(qiáng)，一套吊具可滿足不同尺寸預(yù)制構(gòu)件的使用，在使用過程中操作簡單，其整體受力均勻，不易產(chǎn)生彎曲變形，掛鉤采用反扣，使翻轉(zhuǎn)和起吊過程不脫鉤、平穩(wěn)、安全。