淺談高低龍門架安裝施工安全與結(jié)構(gòu)性能分析

儲兵

摘 要：文章采用高低龍門架提升設(shè)備和架橋機完成箱（T）梁架設(shè)，根據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行安裝施工，設(shè)計中著重加強各部件聯(lián)結(jié)性能、地基處理與格構(gòu)柱的承載以及門架整體穩(wěn)定性，解決易變形和側(cè)移垮塌的弊端，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)與有限元分析驗算得出的應(yīng)力與位移等參數(shù)控制以指導(dǎo)現(xiàn)場施工和便于工程管理，從而保證工程安全可靠。

關(guān)鍵詞：高低門架；安裝施工；結(jié)構(gòu)性能；整體穩(wěn)定

1 工程介紹

因預(yù)制梁場與橋面高差過大，坡度超過5%，梁板無法直接通過便道運至橋頭，故采用兩臺15m跨徑36m凈高2-85t高低提升龍門架提升設(shè)備進(jìn)行梁板架設(shè)。

圖1 高低龍門吊示意圖

注：（1）圖紙尺寸單位均為mm；（2）橋面上縱梁立柱支點位于箱梁的腹板位置；（3）橋面上縱梁立柱與I25工字鋼之間采用Φ32工字鋼與橋面之間采用Φ22的螺栓進(jìn)行固接；（4）在立柱均增加1個18米高的貝雷立柱輔助墩以提高龍門架在吊裝作業(yè)時的整體穩(wěn)定性，為避免影響貝雷立柱基礎(chǔ)穩(wěn)定性，輔助墩基礎(chǔ)不開挖，將基礎(chǔ)邊長以外1米范圍內(nèi)原地面硬化后，澆筑1.5米高、2米寬的基礎(chǔ)，將貝雷立柱整體包裹在基礎(chǔ)里面，貝雷立柱輔助墩與貝雷立柱主墩之間點焊連接。

2 安裝施工

2.1 門架安裝過程

2.1.1 固定式龍門架的貝雷立柱、龍門架橫梁均采用201型高抗彎貝雷桁架片進(jìn)行組拼，貝雷立柱輔助墩采用軍用321型貝雷桁架片進(jìn)行組裝。

2.1.2 龍門架立柱為4排起立式貝雷桁架片組成，龍門架貝雷立柱地面高度為36m，橋面高度為6m，貝雷片排間距為：75cm+105cm+75cm的支撐架組成，貝雷桁架立柱基礎(chǔ)為C25混凝土矩形基礎(chǔ)臺座，在基座頂面以下30cm處加1層間距15×15的φ12鋼筋網(wǎng)片增加基座的承載力和抗裂性，貝雷桁架立柱的陰陽頭直接與基礎(chǔ)臺座上預(yù)埋的陰陽頭連接；橋面上龍門架支撐端采用雙排4層321型貝雷桁架片、105支撐架組成，龍門架橫梁、雙排4層貝雷桁架片、縱梁立柱與I25工字鋼、工字鋼與橋面之間均采用Φ32、Φ22螺栓進(jìn)行固接，貝雷立柱輔助墩為4排起立式貝雷桁架片組成，高度為18m，貝雷片排間距和主墩相同均為：75cm+105cm+75cm的支撐架組成，貝雷桁架立柱基礎(chǔ)為C25混凝土矩形基礎(chǔ)臺座。

2.1.3 龍門架橫梁為4排貝雷桁架片組成，貝雷橫梁跨度為15m，貝雷桁架片排間距為：75cm+105cm+75cm的支撐架組成。

2.1.4 貝雷桁架立柱的兩側(cè)設(shè)有4對纜風(fēng)繩，貝雷立柱輔助墩在墩頂設(shè)有2對纜風(fēng)繩，以保證龍門架的整體穩(wěn)定性。

2.1.5 單臺龍門架上安裝2臺提升能力為60t/臺的自行式天車和提升能力為6t/臺的慢速卷揚機以及兩組“4×4”提升滑車組，采用Φ21.5×6×37+1鋼絲繩，抗拉強度1700Mpa。

2.2 施工工藝流程

龍門架基礎(chǔ)中線、標(biāo)高的測量放樣→澆筑鋼筋混凝土擴大基礎(chǔ)臺座→預(yù)埋臺座上的陰陽頭→貝雷桁架立柱組拼→貝雷桁架橫梁的組拼→纜風(fēng)繩的穩(wěn)固→安裝提升系統(tǒng)→安裝電纜線及電控箱→調(diào)試運行→報檢驗收→提梁

2.3 30米箱梁在提升時，體系未轉(zhuǎn)換，橋上龍門架立柱支點須位于1片梁的腹板位置，以確保受力狀態(tài)穩(wěn)定，由于40米T梁自重較重，在架設(shè)前必須完成橫向、縱向濕接縫的連接，完成體系轉(zhuǎn)換后方可提升。

3 高底龍門架結(jié)構(gòu)性能有限元分析

依據(jù)高低龍門架結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙、照片、資料等使用MSC.Patran有限元建模，在各計算工況下對高低龍門整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行剛度、強度分析，得出結(jié)構(gòu)變形（位移）和應(yīng)力分布計算結(jié)果，并對該結(jié)構(gòu)在施工荷載作用下的剛度、強度進(jìn)行了判定。

高低龍門架主要由高架塔架、低架塔架、橫梁及其聯(lián)接結(jié)構(gòu)等組成，整個門架是一個龐大的空間力系桿件系統(tǒng)。模型計算施加的計算載荷主要有：結(jié)構(gòu)自重、起吊設(shè)備重量和起吊重量等。

結(jié)構(gòu)自重由計算程序自動施加，考慮到聯(lián)接件重量，鋼材密度適度放大，取8500kg/m3（大約增加10%），重力加速度取-9.8m/s2。

吊重載荷由甲方計算結(jié)果提供，具體有：（1）梁重700KN×K1×K2=882KN（考慮T梁澆筑混凝土?xí)r脹模系數(shù)K1=1.05；考慮T梁提升，運行時的沖擊系數(shù)K2=1.2）；（2）天車自重70KN；（3）鋼絲繩吊索48KN；上述載荷共計約882+70+48=1000KN。

3.1 荷載分析

工況一：自重作用下結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力。

工況二：滿載荷，負(fù)載靠近高架時的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力。

工況三：滿載荷，負(fù)載位于橫梁中間時的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力。

工況四：滿載荷，負(fù)載靠近低架約2.5m時的結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力。

貝雷片接頭的強度校核。因自重作用下承載最小，計算時考慮其余三種工況。

a）工況二載荷 b）工況三載荷 c）工況四載荷

圖2 模型加載圖

3.2 結(jié)果分析

通過四種工況計算結(jié)果分析，得出如下結(jié)論：

3.2.1 （工況二、工況三、工況四的最大位移分別為12.3mm、20.9mm、14.9mm小于允許變形37.5mm；最大應(yīng)力分別為-207～169MPa、-119～137MPa、-189～182MPa低于16Mn鋼，許用應(yīng)力[σ]=230MPa。

3.2.2 高低龍門架結(jié)構(gòu)各個工況下的位移均小于許用位移，滿足剛度要求。工況二、三下的極值應(yīng)力均小于高低龍門架材質(zhì)需用應(yīng)力，滿足強度要求。

3.2.3 工況四的極值應(yīng)力為238MPa，略超材料許用應(yīng)力[s]=230MPa。但該極值應(yīng)力發(fā)生在載荷加載點上，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。除去應(yīng)力集中，極值應(yīng)力約為231MPa，發(fā)生在橫梁豎桿上，滿足強度要求。

3.2.4 橫梁貝雷片接頭剪切強度校核。通過有限元計算，各個工況下橫梁橫桿最大軸向拉力Tmax=450000N，發(fā)生在計算工況三，貝雷片接頭承剪面積A=80×25×2=4000mm2，最大接頭切應(yīng)力tmax=T/A=112.5MPa小于材料需用切應(yīng)力[t]=345/1.5×0.6=138MPa，所以橫梁接頭安全。

4 結(jié)束語

4.1 計算時沒有考慮風(fēng)載荷和溫度應(yīng)力，建議大風(fēng)工況禁止施工。

4.2 計算工況四載荷加載位置距離低柱為2.5m。由于高低柱的結(jié)構(gòu)不同，載荷偏向低柱時，應(yīng)力上升較快，建議施工時，載荷盡量遠(yuǎn)離低柱。

4.3 計算時沖擊系數(shù)K2取1.2。T梁垂直運移和水平運移時，要求低速平穩(wěn)，防止速度大起大落產(chǎn)生較大沖擊。

4.4 T梁運移時，兩臺高低龍門架起重設(shè)備要求同步，避免T梁傾斜造成其中一臺高低龍門架負(fù)載過大?，F(xiàn)場派專人指揮同時要有備用發(fā)電機和卷揚機，防止吊梁中途故障。

4.5 文中給出高低龍門架主體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平和變形情況，專門校核的節(jié)點除外，沒有考慮其他結(jié)構(gòu)連接部位，所以在安裝和使用時要加強對節(jié)點部位的檢查和加固，如加強橫梁及長短柱的斜撐等。使用時派專人檢查并留有檢查記錄。

總體而言，通過加強各部件聯(lián)結(jié)性能、地基處理與格構(gòu)柱的承載以及門架整體穩(wěn)定性，高低門架有很強的實用性，再通過結(jié)構(gòu)力學(xué)與有限元分析驗算得出的應(yīng)力與位移等參數(shù)控制以指導(dǎo)現(xiàn)場施工和便于工程管理，從而保證工程安全可靠，為類似工程提供一定的參考。