浮吊上起重機(jī)吊桿的加固設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、浮吊上起重機(jī)吊桿的加固設(shè)計(jì)與計(jì)算  無(wú)錫路橋集團(tuán)股份有限公司 馬士中 邢士偉 李俊偉 馮泉鈞1、概述隨著水上運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，大多數(shù)蘇南運(yùn)河連續(xù)進(jìn)行改造升級(jí)，航道橋梁的規(guī)模越建越大，使原有的橋梁安裝設(shè)備無(wú)能為力，特別是浮吊上的起重吊桿高度就顯得明顯不足。例如錫宜高速公路上的一座跨越京杭運(yùn)河的鋼管砼系桿拱橋主跨100米，常水位以上的拱頂高度達(dá)35米，計(jì)算需吊桿長(zhǎng)度為40米；而蘇北有座北澄子運(yùn)河大橋，其主跨為80米二幅，安裝水位到拱頂高達(dá)38米，需要42米長(zhǎng)的吊桿才能滿足安裝要求。但我公司現(xiàn)有的浮吊上的吊桿總長(zhǎng)度僅為30米，如能利用原有的吊桿將它加固接長(zhǎng)，不但可以節(jié)約投資，節(jié)省新造吊桿的時(shí)

2、間，而且還能解決舊設(shè)備的積壓，減少倉(cāng)儲(chǔ)壓力。對(duì)我們橋梁工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)還可得到一次實(shí)際的工作鍛煉，將學(xué)校學(xué)到的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)創(chuàng)造性地運(yùn)用到實(shí)際工作中去，是一項(xiàng)十分有價(jià)值的工作。本文以蘇北北澄子運(yùn)河大橋主拱肋安裝為背景，敘述其吊桿加固設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和具體計(jì)算方法：上跨北澄子運(yùn)河的大橋是一座主跨為80米的鋼管砼系桿拱橋，共有兩幅橋面組成，每幅橋面均有兩根拱肋，每根拱肋均由兩根900×16的鋼管組成啞鈴形斷面，其總重量為70噸，是本橋安裝的關(guān)鍵構(gòu)件，計(jì)劃用兩臺(tái)浮吊抬吊，每臺(tái)浮吊承擔(dān)35噸。主要安裝順序?yàn)橄攘汉蠊埃丛诎惭b好系梁后再把80米主跨的拱肋一次安裝到位，其最大提升高度為施工水位以上

3、38米。根據(jù)計(jì)算，需要吊桿長(zhǎng)度為42米，但我公司僅有30米長(zhǎng)的鋼管吊桿，其最大斷面為800×12，最小斷面為350×12。如果要滿足現(xiàn)有的安裝要求，則吊桿必須加長(zhǎng)12米，而且吊桿斷面的豎向慣矩也應(yīng)相應(yīng)加大，并應(yīng)考慮以下特點(diǎn)：臂桿是安裝在浮吊上，它與安裝在陸地上的起重機(jī)不同。因?yàn)楦〉醮w可以左右前后擺動(dòng)，對(duì)吊桿受力不利，加固設(shè)計(jì)中必須考慮這個(gè)因素。加固后的吊桿是一根多級(jí)突變截面的吊桿，而且與中間截面不相對(duì)稱，見(jiàn)圖二，因此沒(méi)有現(xiàn)成的資料借鑒，而必須運(yùn)用基礎(chǔ)理論重新進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。在浮吊上的吊桿可以變更起吊角度，但為便于操作吊桿也可始終保持65°的仰角，此時(shí)起重拱肋上下

4、動(dòng)作，可用起重索來(lái)完成，拱肋的平面活動(dòng)則靠浮吊進(jìn)行。2、利用浮吊安裝拱肋時(shí)的荷載簡(jiǎn)圖，如圖一所示。圖一浮吊簡(jiǎn)圖注：為方便計(jì)算，圖中僅表示起升荷載為單位力P=1時(shí)，吊桿軸向壓力的數(shù)值，虛線示縱傾2°后單位起升荷載引起的吊桿軸向壓力。3、吊桿的分段長(zhǎng)度及各段截面的幾何特性3.1吊桿分段長(zhǎng)度及截面構(gòu)造見(jiàn)圖二（圖中2L160×100×10為加固增加的部分）3.2吊桿分段截面的幾何特性值見(jiàn)表一吊桿分段截面的幾何特性值表表一4、作用在吊桿上的荷載種類及組合4.1吊桿的自重荷載，見(jiàn)圖三 4.2吊桿上的因素荷載按規(guī)定，因素荷載P=起吊荷載G×作業(yè)系數(shù)d

5、5;動(dòng)載系數(shù)h相應(yīng)的一根吊桿的軸向壓力為：式中：-為吊桿的橫向夾角，見(jiàn)圖四，Cos=0.99914.3船體縱傾2°，橫傾2°時(shí)吊桿內(nèi)力增加船體縱傾2°時(shí)，左右兩根吊桿上每根將增加軸向力（以前傾為不利）4.4風(fēng)荷載的影響按規(guī)定：作用在起身荷載的風(fēng)力，一般以每9.8KN安全工作負(fù)荷的風(fēng)力為300N（0.3KN）來(lái)考慮。起重設(shè)備工作時(shí)的風(fēng)速不超過(guò)20m/s相應(yīng)風(fēng)壓不超過(guò)250Pa（0.25KN/m2）。由上可得作用在吊桿頂上的計(jì)算風(fēng)載為：作用在吊桿上的風(fēng)載，按豎向800斷面計(jì)（因人字吊桿在橫向已組成桁架，見(jiàn)圖五，這里不計(jì)橫向力）。4.5荷載組合按無(wú)風(fēng)狀態(tài)按有風(fēng)狀態(tài)5.1

6、允許應(yīng)力無(wú)風(fēng)狀態(tài)計(jì)算的允許應(yīng)力有風(fēng)狀態(tài)計(jì)算的允許應(yīng)力由允許應(yīng)力值對(duì)比可見(jiàn)兩種狀態(tài)均有可能控制計(jì)算。61吊桿臨界力的計(jì)算本吊桿為多級(jí)突變截面壓桿，且上下部各不對(duì)稱，為此選擇能量法計(jì)算其臨界力。而壓桿在偏離平衡狀態(tài)有微小的移動(dòng)時(shí)，變形能的增量（變化）U為： 式積分不必繼續(xù)展開(kāi)，可直接利用電腦積分。列表計(jì)算如下：括號(hào)中的數(shù)值積分表表二 6.2對(duì)以上結(jié)果的分析利用以上計(jì)算結(jié)果，可以解得失穩(wěn)時(shí)的屈曲線方程為：與對(duì)稱的變截面桿件（按一個(gè)正弦半波）即：相近似，但顯然本吊桿的失穩(wěn)狀態(tài)要精確些。7吊桿的應(yīng)力驗(yàn)算(主要是彎矩作用平面以內(nèi)的驗(yàn)算)7.1無(wú)風(fēng)狀態(tài)驗(yàn)算7.2有風(fēng)狀態(tài)驗(yàn)算  

7、以上計(jì)算結(jié)果均能滿足使用要求，并獲得專家組評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)。8結(jié)束語(yǔ)8.1本文僅對(duì)吊桿總體作了計(jì)算分析，但吊桿連接計(jì)算等部位仍需按常規(guī)進(jìn)行驗(yàn)算，以確保吊裝安全。同理吊桿加高以后，浮吊的穩(wěn)定性也必須驗(yàn)算。8.2在二根吊桿平面以內(nèi)的穩(wěn)定可用圖五的構(gòu)造措施保證。8.3吊桿加工時(shí)，吊桿軸線撓度不應(yīng)超過(guò)其長(zhǎng)度的1/1500。8.4本吊桿起吊仰角較大，為防止吊桿發(fā)生回跳，吊桿頂部必須有保險(xiǎn)索與船頭連系，此外還應(yīng)制訂其它相應(yīng)的安全措施。8.5試吊是檢查整個(gè)系統(tǒng)能否確保安全起重的重要手段，根據(jù)規(guī)定當(dāng)設(shè)計(jì)荷載為196490KN，試驗(yàn)荷載可取246540KN，由此可得本次試驗(yàn)荷載應(yīng)為350+50=400KN，重物離地面后懸掛時(shí)間不少于5分鐘，