不同吊點位置與吊索夾角下 23m 鋼梁受力分析

中圖分類號：U445.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）18-0097-05

Abstract：Inorder tounderstandtheinfluenceofthechangesintheliftingpointpositionsandtheanglesoftheslingson thetresstateofthesteelbeam，theMidasGensoftwarewasusedtoestablish finiteelementmodelsofstelbeamswith four differentliftingpointpositionsandslingangles，andthestressanddeformationanalysisduringthehoistingprocesswascaied out.Theresearchresultsshowthatwhen thedistancebetweenthelfting pointsandtheendnodesgraduallyincreases，the deformationofthecantileversectionincreases，andthedeformationinthemid-spanofthesteebeamdecreases；whentheangle oftheslingincreases，thestressofthesteelcabledecreases，thetensiononthestelcabledecreases，andthedeformationof thestelcablealsodecreasesInSchemeII，themidlesectionandthecantileversectionofthebeamsimultaneouslyachieve basicallythesamedeformationandstressduringthehoisting processandareinaelativelysmallstate，whichissafercompared totheotherthreecases.Theresearchresultsprovideabasisfortheoptimizationofthehoistingschemeofthesteelbeamin thesupportingprojectandhavereferencesignificancefortheoptimizationofthehoistingschemeofthesteelbeaminother engineering projects.

Keywords： steel beam; hoisting construction; lifting point position; finite element analysis;sling angle

非常規(guī)起重設備必須召開專家論證會。

吊裝是建筑施工中的一項關鍵操作，其受力分析對于確保施工安全和結構穩(wěn)定性至關重要。鋼梁的安裝速度快，施工周期短，且鋼梁具有高強度、高延性和高韌性等特點，已廣泛應用于建筑結構。隨著現(xiàn)代建筑技術的發(fā)展，大型構件的使用越來越普遍，鋼梁的尺寸和重量也相應增大，安裝作業(yè)以及焊接工序等多種工藝手段均會對鋼梁產生顯著影響，致使其承載力發(fā)生顯著變化。合理的吊裝方式對于確保鋼梁吊裝安全至關重要，它能夠有效規(guī)避鋼梁在吊裝施工過程中失穩(wěn)狀況的出現(xiàn)，保障吊裝作業(yè)的安全性?！段ｋU性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》明確指出，針對單件起吊重量達 10t 及以上的鋼梁吊裝工程，若采用

合理的吊裝方式對于確保鋼梁吊裝安全至關重要，它能夠有效規(guī)避鋼梁在吊裝施工過程中失穩(wěn)狀況的出現(xiàn)，保障吊裝作業(yè)的安全性。不當?shù)牡跹b方式不僅會導致鋼梁在吊裝過程中產生過大的應力和變形，甚至可能引起結構的破壞。聞劍等聚焦大跨度鋼梁吊裝工程，提出了一系列實用的技術方案與施工措施，著重強調吊裝過程控制、設備合理選擇以及嚴格質量管理的重要性。馬智剛等針對大跨鋼箱梁吊裝施工展開研究，通過改變吊點位置，分析計算鋼箱梁在不同吊點位置下的應力、變形和吊索內力情況，為大跨鋼箱梁吊裝吊點位置的確定提供了科學依據(jù)。

Hu 等依據(jù)鋼梁的獨特特點及具體吊裝工況，精心設計了一種新型的平衡梁，并借助有限元分析和強度計算，精準確定了鋼梁的吊點安裝位置及梁的截面。張盛華針對大跨度鋼梁吊裝技術展開研究，通過給定起吊條件下不同吊點的受力情況分析，探討了大跨度鋼梁吊裝方案的比選、施工難點、施工措施及相關技術要點，充分展示了有限元分析方法在鋼梁吊裝吊點和吊索夾角選擇中的有效應用。通過理論計算與有限元分析相結合的方式，段勁松等針對某超長桁架吊裝項目建立有限元模型展開分析，進而得出最安全的吊點位置，為吊裝過程中吊點位置的恰當選擇提供重要參考。朱遠平[通過點掛鉤吊裝方案成功實現(xiàn)了對吊點之間距離長度及鋼絲繩與鋼梁夾角的有效控制，降低了鋼絲繩吊點對鋼梁的作用力，有效避免了鋼梁吊裝施工過程中失穩(wěn)問題的發(fā)生。

在鋼梁吊裝過程中，吊點位置的選擇和吊索夾角的確定是至關重要的環(huán)節(jié)，在吊點位置和吊索夾角的選擇這一研究領域中，國內外的研究均具有一定的局限性。在國際范圍上，盡管已收獲大量理論與實踐成果，但各國的建筑規(guī)范與標準仍然具有差異性，使得在選擇吊點位置及吊索夾角時，沒有統(tǒng)一且適用性廣泛的規(guī)范指引。在部分歐洲國家中，其考量吊點位置時，會偏重于極端氣候環(huán)境下的結構穩(wěn)定方面，在一定程度上忽視了常規(guī)施工效率；一些亞洲國家則傾向于施工效率與成本的把控，周圍環(huán)境等因素對吊點與吊索夾角所產生的影響未展開深入探究。在國內的研究中，大多圍繞現(xiàn)有的常規(guī)工程類型與規(guī)模展開，但新興的超高、超大跨度鋼梁結構，具有自重大，跨度大，高度大等特點，以往常規(guī)工程的研究成果無法直接套用于此類項目中。同時，在面對多種因素相互作用的復雜情況時，研究的廣度與深度尚有不足，在研究吊點位置和吊索夾角共同作用下，仍有諸多關鍵問題有待深入挖掘，特別是關于吊點和吊索夾角在實際施工進程中如何實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化調整的研究，仍有大量的工作需要去推進與完善，以填補這些空白與不足，進而推動整個鋼梁吊裝施工技術的進步與發(fā)展。

本文以某酒店項目中的 23m 鋼梁為研究對象，通過有限元分析方法探討吊點位置和吊索夾角變化對鋼梁受力性能的影響，以期為鋼梁吊裝方案的優(yōu)化提供參考，確保鋼梁的吊裝安全。

1鋼梁及吊點位置概述

某酒店項目中單根鋼梁的最長長度為 23m ，重量為 12.5t ，采用吊車一次性吊裝，不分段。鋼梁采用兩點起吊，其吊點設置依據(jù)設計要求，以確保鋼梁吊起后不變形且能保持平衡穩(wěn)定狀態(tài)。為保障吊裝安全，鋼梁在工廠制作時，需于距梁端 0.21L 或 1/3L（L 為梁長）處焊接2個臨時吊耳，用于鋼梁的裝卸與吊裝作業(yè)。同時，依據(jù)實際起吊過程中吊索角度的限制條件（吊索角度選用 45～60^° ），選取以下4種工況開展有限元分析，表1為選取的具體工況信息，圖1所示為4種工況的計算模型。

2 鋼梁吊裝受力分析

利用madasGen有限元軟件對鋼梁進行建模分析，不考慮風荷載等因素的影響。根據(jù)GB50755—2012《鋼結構工程施工規(guī)范》[要求“對吊裝狀態(tài)的鋼構件，動力系數(shù)宜取1.1＼～1.3”，吊裝過程中自重放大1.3倍計算。

2.1 工況一：吊點在梁端 4.83m 處，吊索夾角為 45^°

2.1.1 梁應力及變形

圖2為鋼梁起吊過程中的應力分布，沿梁長度方向產生的最大拉應力為 2.03MPa ，其位置處于吊點處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應力為 5.09MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應力由局部受壓所致。圖3為起吊時鋼梁的變形狀況。

圖4為鋼梁起吊過程中的應力分布，沿梁長度方向產生的最大拉應力為 2.3MPa ，其位置處于吊點處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應力為 3.7MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應力由局部受壓所致。圖5為起吊時鋼梁的變形狀況。

2.2.2 吊索應力及變形

在起吊進程中吊索的最大應力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 18.9MPa ；最小應力出現(xiàn)在與吊耳連接部位處，其值為 18.1MPa 。起吊過程中，吊索的伸長量為 0.95mm 。

2.2.3 上部吊點反力

2.1.2 吊索應力及變形

受吊索自重影響，在起吊進程中吊索兩端存在應力差。其中，吊索的最大應力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 22.6MPa ；最小應力出現(xiàn)在與吊耳連接部位處，其值為 22.1MPa 。起吊過程中，吊索的伸長量為1.29mm 。

吊索的拉力為 96.9kN ，其中豎向 83.9kN ，水平方向 48.4kN ；豎向力合計為 83.9×2=167.8kN

2.1.3 上部吊點反力

吊索的拉力為 116kN ，其中豎向 82kN ，水平方向 ；豎向力合計為 82×2=164kN 。

2.2 工況二：吊點在梁端 4.83m 處，吊索夾角為 60^°

2.2.1 梁應力及變形

2.3 工況三：吊點在梁端 7.67m 處，吊索夾角為 45^°

2.3.1 梁應力及變形

圖6為鋼梁起吊過程中的應力分布，沿梁長度方向產生的最大拉應力為 5.1MPa ，其位置處于吊點處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應力為 4.2MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應力由局部受壓所致。圖7為時鋼梁的變形狀況。

2.3.2 吊索應力及變形

在起吊進程中吊索的最大應力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 22.3MPa ；最小應力出現(xiàn)在與吊耳連

接部位處，其值為 23.0MPa 。起吊過程中，吊索的伸長量為 0.74mm 0

2.3.3 上部吊點反力

吊索的拉力為 113.1kN ，其中豎向 80kN ，水平方向 80kN ；豎向力合計為 80×2=160kN 。

2.4工況四：吊點在梁端 7.67m 處，吊索夾角為 60^°

2.4.1 梁應力及變形

圖8為鋼梁起吊過程中的應力分布，沿梁長度方向產生的最大拉應力為 5.1MPa ，其位置處于吊點處鋼梁的上翼緣處；而最大壓應力為 4.6MPa ，位于鋼梁跨中處，此壓應力由局部受壓所致。圖9為起吊時鋼梁的變形狀況。

2.4.2 吊索應力及變形

在起吊進程中吊索的最大應力出現(xiàn)在與吊鉤相連接處，其值為 18.6MPa ;最小應力出現(xiàn)在與吊耳連接部位處，其值為 18.1MPa 。起吊過程中，吊索的伸長量為 0.65mm 。

2.4.3 上部吊點反力

吊索的拉力為 93.4kN ，其中豎向 80.95kN ，水平方向 40.47kN ；豎向力合計為 80.95×2=161.9kN. 0

在反力的計算結果里，不同工況下吊點反力與吊索拉力存在差異，原因在于有限元模型中未忽略鋼絲繩重量，且4種工況下吊索長度皆不一致，致使每種

工況中吊索的自重也互不相同，因此造成上述情況。

3結論

文中研究了吊點位置及吊索夾角變化對鋼梁應力與變形的影響，得到以下主要結論：

1）當?shù)跛鲓A角不變時，隨著吊點與梁端之間距離的增大，鋼梁懸臂段變形增大，跨中變形減小；2）當?shù)觞c位置不變時，隨著吊索夾角的增大，吊索應力和變形減小；3）4種工況下，鋼梁應力處于 0～6MPa 范圍，吊索變形均較小，吊裝過程安全。其中，工況二下，鋼梁中間段和懸臂段的相對變形最小。

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