窄桥宽梁的人字扒杆吊装技术.doc

窄桥宽梁的人字扒杆吊装技术
徐积江 刘仁斌
（江西赣州诚正公路工程监理有限公司 赣州 341000）
提要：当大梁设计宽与桥宽之比约为1/2即每孔仅为二根边梁，且跨径较大、每片大梁较重时，大梁吊装难度增大，如何吊装？本文介绍简单的人字扒杆吊装技术，有简便、快速、经济的效果，具有一定的参考价值。
关键词：窄桥;宽梁；人字扒杆；吊装技术
窄桥宽梁是指大梁设计宽与桥宽之比约为1/2即每孔二根边梁。大梁宽与桥宽之比越小中梁越多，吊装时横移宽度大，吊装难度相应较小；反之吊装难度加大，特别是跨径较大、每片大梁较重时，吊装时横移宽度小，架桥机、龙门架等架桥设备就位困难。如何吊装？本文以南康市某通村公路一大桥为例，使用简单的人字扒杆吊装技术并获得简便、快速、经济的效果。随着国家加大对农村公路的投入，窄桥宽梁的桥梁大量增加，对通村公路桥梁的吊装具有一定的参考价值。
南康市某通村公路一大桥，桥长156.04米，桥宽5.5米，桥面净宽4.5米，5孔30米跨径箱梁，每片大梁宽2.6米、高1.6米，重85.3吨=853KN，每孔2根大梁，1.2米钻孔灌注桩，双柱式墩柱，大梁宽与桥梁宽之比约为1/2，典型的窄桥宽梁。
1、吊前准备
1、1 埋设地锚
由于人字扒杆自身稳定性不够，为了保证人字扒杆的稳定性，必须使用缆绳，而缆绳的固定必须埋设地锚，因此在吊装前必须先埋设地锚，与架桥机、龙门吊等吊装设备相比，这一点非常重要。
地锚为20#混凝土，地锚的位置与起（终）点桥台的距离，必须≥L+1/3L（L为梁跨）；重量必须大于大梁自重的1/2，且与桥宽相等或大致相等；地锚离桥台越远，体积相应减小；浇筑地锚时必须先预埋4个吊环作为后风缆定位用。
本桥地锚设置2个，每个尺寸为长2米，宽3米，高3米，体积18方，重45吨=450KN，大于大梁85.3吨=853KN的1/2；位置距起（终）点桥台的距离为40米，等于L+1/3L。
1、2 选择扒杆
扒杆的选择应根据大梁的重量和宽度选定。较重较长的大梁应选择由角钢拼接而成的桁架式人字扒杆。扒杆高度应根据大梁宽度确定，一般来说，梁宽越宽，扒杆高度越高，才能保证大梁安全顺利通过底部。
本桥人字扒杆为桁架式，数量2个，总高18米，分三节组成，每节均6米高，中间一节宽度为80厘米，上下二节顶（底）宽40厘米。主肢角钢采用L90*90*9，A3钢。
1、3 选择卷扬机
卷扬机的选择应根据大梁的重量和滑轮组选定，一般情况下，卷扬机钢丝绳的力应大于大梁的重量除于滑轮组上钢丝绳的根数。
本桥大梁重85.3吨=853KN，滑轮组8个轮，17根钢丝绳，85.3/2/17=2.5吨=25KN，选用3吨=30KN卷扬机，本桥但因30KN卷扬机钢丝绳长度不够，最后选用5吨的卷扬机，数量3台（扒杆就位、过孔时需要），另用1个3吨的卷扬机作其它用。
1、4 人字扒杆就位
采用扳立就位法。A扒杆在0#台前拼接好后，在扒杆的下端用直径15厘米以上的钢管栓住；前后方向分别用1个单滑轮与卷扬机连接，以利前后方向移动。在扒杆的顶端栓好4根风缆，前后各2根，前进方向2根栓牢在1#墩不影响大梁就位的墩柱上，后面方向2根与地锚吊环栓牢；然后在扒杆的顶端前后栓好2个单滑轮与卷扬机连接，以利扒杆顶端前后方向移动。最后将扒杆顶端用支架垫高1.5-2米，将风缆固定在地锚上。
此时A扒杆就位开始，先将底部2根钢丝绳用卷扬机拉紧，再用卷扬机拉紧顶部前后方向的各2根钢丝绳。此时顶部前进方向的卷扬机开始缓慢地往上拉，后面方向的卷扬机边慢慢放钢丝绳，直至A人字扒杆竖直为止。底部位置如不能准确定位，则由人工用撬棍慢慢移动，直至落在桥台背墙顶部的准确位置，最后用风缆固定人字扒杆。竖立人字扒杆前，将所有需要滑车安装在扒杆上。
B扒杆就位方法与A扒杆的方法相同，但要利用A扒杆作为临时支撑，将B扒杆顶部用钢丝绳吊着。不同的是，B扒杆悬空后移动时，顶部前进方向的卷扬机应与后面方向的卷扬机密切配合，缓慢前进，待扒杆B脚根前移到1#墩盖梁时，将其临时固定，牵引顶部钢丝绳，直至竖直就位在1#墩盖梁的前半部位置上，以利大梁的最后定位，最后用风缆固定人字扒杆。
其它准备工作如钢丝绳、单滑轮、滑轮组、夹具、人员过孔挂篮等选择和扒杆的拼接等准备工作，因为比较简单，本文不作论述。
2、吊装大梁
2、1出坑
出坑与其他方法基本相同，但应注意以下事项：在大梁两侧安设的支架、支撑必须稳固可靠；检查大梁预制日期，到期才能出坑且压浆强度应大于30Mpa方能吊装；卷扬机必须放置平稳、可靠；起吊前重新检查各部件的性能，注意大梁平车、平车轮、平车卷扬机及各种电源、开关等是否可靠。
2、2 纵向运输
大梁纵向运输采用前后2台无轨平车装载、1台卷扬机牵引和制动、在安装好的大梁上行走（第一孔在便道上行走）的方法。无轨平车单轴，每侧两轮，轮距2.3m，以便在安装好的两片大梁主筋部位上行走。
就位用于牵引和制动的卷扬机，并清理和保持运梁通道畅通，此时纵向运输大梁开始，具体步骤如下：
启动前面一台电动卷扬机牵引大梁平车前进，保持平车匀速、平稳前进；
将大梁经平车运至梁前端达到A扒杆下（A扒杆已就位于0#台台帽，B扒杆就位于1#墩盖梁上）；
A、B扒杆的牵吊绳同时系到大梁吊装孔内；
用A扒杆的牵引绳吊起梁的前端，撤走梁下运梁平车；
收紧B扒杆吊绳，同时放松A扒杆牵吊梁前进，特别要注意吊高与前进速度的协调一致，最好使梁的前端稍低于后端；
梁的前端到达1#墩时，由B扒杆牵引绳和控制绳将梁拉到要求的位置停住，由另一台卷扬机固定住大梁，将A扒杆的牵吊解开，系到梁的后端吊孔内；
用A、B扒杆的两牵吊绳同时吊起梁的两端，撤走后端的运梁平车，由固定住大梁的卷扬机慢慢将大梁牵吊到设计的纵向位置，将梁下放到台帽和盖梁上。
2、3横移就位
大梁纵向吊运安放到台帽和盖梁后，由于两片均为边梁，横向就位难度加大，具体步骤如下：
用A扒杆的卷扬机将0#台上的扒杆A吊起至稍稍离开台帽顶，人工用撬棍将扒杆A的a杆移动至0#台的边缘。同样方法将扒杆A的b杆移动至0#台的另一侧的边缘，以保证大梁一次到位。
为防止大梁外倾，侧向必须设置支撑，并在端头两侧堆置好枕木墩后，开启扒杆A起吊卷扬机将大梁后端缓缓吊离台帽2cm左右。人工拉动一头已经栓在扒杆A的a杆，另一头栓在大梁后端的葫芦，待大梁重心线与支座中心线重合时，轻轻放下大梁置于已经安放好的支座上即可。如一次不能放准位置，重复几次前面的步骤，直到放准为止。与其它吊装方法相比，这一点非常简单、方便、快速、有效。
B扒杆横移大梁前端的步骤与A扒杆横移大梁后端的步骤相同。
同孔的另一片大梁的横移与上述步骤相同，不同的是大梁移向该孔另一侧。
横移时特别要注意的是，一是扒杆移置边缘的位置必须位于支座外侧与边缘之间，以保证扒杆产生位移后不造成扒杆滑下，产生安全事故；又能保证大梁一次到位。二是扒杆移置边缘后一定要检查扒杆风缆，保证扒杆垂直、稳定，由于人工拉动葫芦时有一端栓在扒杆的一个杆上。
3、扒杆过孔
将扒杆足临时铰接固定，缓慢放松拉绳使A扒杆向后倒落在运梁平车上。再解开A扒杆的临时固定，通过运梁平车将A扒杆运送到1#墩已定好位的大梁顶上，并竖立安装到B扒杆旁边的大梁端头。
利用A扒杆的牵吊绳系着扒杆B顶部，以3#墩设置好牵引绳系着扒杆足将扒杆B拉到2#墩盖梁的前半部上，用扒杆就位的方法将B扒杆竖立安装。
将两扒杆的控制风缆系牢。
此时过孔完成，每孔重复以上的步骤，直至吊装完成。但最后一孔的B扒杆风缆必须栓在另一端已先埋好的地锚上。
4、大梁架设相关计算
4、1扒杆吊装受力计算
选取最不利的大梁端吊离运梁平车时和大梁吊运至跨中时分别对主起重绳、扒杆、风缆进行受力计算。
已知：后风缆地锚点至扒杆底部的水平距离为40米，扒杆高18米，后风缆系在墩柱根部，扒杆前倾50，墩柱高10米以内。假定动载系数为1.45，计算吊梁重量按大梁重的1.25倍取110吨=1100KN进行验算。
（1）大梁端吊至扒杆底时开始吊起来时二扒杆受力示意图如图1。
A Tacos(arctg18/40)0 B A T2 T3 B
（arctg18/40）0 50 ( arctg18/30)0 50 （arctg18/40）0 50 ( arctg18/30/2)0 50 ( arctg18/30)0
Ta Tb T1 Na C Nb T4
后风缆 N合1 G/2 N合2 后风缆 前风缆
A扒杆（0#台） B扒杆（1#墩） G/2 （在2#墩根部）
图1 图2
根据扒杆A受力图可得方程组：
Tacos(arctg18/40)0-N合1sin50=0 -------------(1)
Tasin(arctg18/40)0-N合1cos50+G/2=0 (G=110*1.45=159.5t ) -------------(2)
由（1）、（2）式解得：Ta= 7.9t=79KN N合1=83.3t=833KN
根据扒杆B受力图可得方程组：
Tbcos(arctg18/30)0-N合2sin50=0 -------------(3)
Tbsin(arctg18/30)0-N合2cos50+ Tacos(arctg18/40)0=0 -------------(4)
由（3）、（4）式解得：Tb= 0.8t=8KN N合2=7.6t=76KN
（2）当梁端吊至跨中时，受力示意图如图2。
A、取节点C为对象，假设扒杆A、B受力对称，则T2= T3，由C点受力图得：
2T2sin(arctg18/30/2)0=G/2=159.5/2=79.75t=797.5KN
解得：T2= T3=51.9t=519KN
B、取节点A为对象，可得方程组：
T1sin(arctg18/40)0-Nacos50+T2sin(arctg18/30/2)0=0 -------------(5)
T1cos(arctg18/40)0-Nasin50-T2cos(arctg18/30/2)0=0 -------------(6)
由（5）、（6）式解得：T1=41.9t=419KN Na=57.3=573KNt
C、取节点B为对象，可得方程组：
T4sin(arctg18/30)0-Nbcos50+T3sin(arctg18/30/2)0=0 -------------(7)
T4cos(arctg18/30)0-Nbsin50-T3cos(arctg18/30/2)0=0 -------------(8)
由（7）、（8）式解得：T4=-36.7t=-367KN (负号表明受力相反) Nb=21.1t=211KN
由（1）、（2）两点计算可知，当梁运至扒杆下，梁前端吊离平车时，扒杆受力最大为最不利状态；当梁吊至跨中时，后风缆受力最大为最不利状态。
4、2 扒杆稳定性验算
因可能产生偏吊现象，所以按独脚扒杆受力进行最不利验算，由前面计算可知，最不利时为梁前端吊离平车。
4、2、1扒杆所受总压力No、Ncp计算
(1)以扒杆最不利状态控制，作用于扒杆的压力N1=833KN
(2)起重滑轮组绕出通向绞车的钢丝绳对扒杆的压力N2=（K-1）GKnKi/[2*(Kn-1)]
n-滑轮组个数，i-大梁根数，K-滑轮系数，取1.02，G-梁重
N2=(1.02-1)*110*1.028*1.022/[2*(1.028-1)]=7.8t=78KN
(3)风缆自重对扒杆的压力N3=1/2*0.493=0.25t=2.5KN
(4)核算断面到顶端的扒杆自重N4：顶部断面N4=0；中部断面N4=0.75t=7.5KN
(5) 作用于扒杆顶部总压力No=N1 +N2+ N3+N4=833+78+2.5+0=913.5KN
作用于扒杆中部总压力Ncp=N1 +N2+ N3+N4=833+78+2.5+7.5=922.5KN
4、2、2扒杆所受弯矩计算
作用于扒杆顶部所受偏心弯矩最大Mmax= No *e=913.5*40=36540KN.cm (e- 扒杆顶部断面宽度)
作用于扒杆中部断面上弯矩Mcp=1/2*Mmax=1/2*36540=18270KN.cm
4、2、3应力验算
扒杆长18m，主肢角钢采用L90*90*9，面积A=4*13.944=55.776cm2
Imax=4*A*(e/2-2.52)2=4*55.776*(60/2-2.52)2=168477.1cm4 (e-扒杆平均断面宽度)
断面转动半径r=√Imax/A= √168477.1/55.776=54.96cm
杆的计算长度l0=1.08*18=19.44=1944cm 计算长细比λ= l0/ r=1944/54.96=35.37
钢桁架扒杆（以A3钢为验算标准）容许应力δ=235-0.00668λ2=226.6MPa
扒杆顶部净断面抵抗矩Wo=1/6*40*402=10666.7cm3
扒杆中部净断面抵抗矩Wcp=1/6*80*802=85333.3cm3
则扒杆顶部应力:
Qo=Mmax/Wo+No/Fo=(36540*10)/ 10666.7+(913.5*10)/(40*40)=39.96MPa＜δ=226.6MPa
则扒杆中部应力:
Qcp=Mcp/(￠2*Wcp)+Ncp/(￠1*Fcp) (取￠1=0.5 ￠2=1)
Qcp =(18270*10)/(1*85333.3)+(922.5*10)/(0.5*80*80)=5.02 MPa＜δ=226.6MPa
由此可见，扒杆顶部、中部应力满足要求。
4、3 牵吊钢丝绳计算
牵吊钢丝绳采用直径Φ17.5-6*37钢丝绳，通过上述计算，已知牵吊绳最大拉力T2=T3=51.9t=519KN，选择8个轮17支钢丝绳的滑轮组，则每支受力519/17=30.5KN，每根Φ17.5-6*37的钢丝绳能承受的力：
T=0.82*15.6=12.8t=128KN>ｑ=30.5KN。由此可见，起吊安全。
4、4风缆计算
由前面计算可知，梁前端吊至跨中时后风缆为最不利状态，此时前面风缆较松，假设其基本不受力，那么后风缆承受所有的张力。拟设置两根后风缆，增强稳定性。但考虑吊装边梁时，有可能出现单根风缆受力情况，因此验算按一根风缆承受全部张力计算。Q=T1=419KN。
拟采用Φ40-6*37的钢丝绳，其T破=0.82*92.6=75.93t=759.3KN>Q=419KN。由此可见风缆安全。 T1
4、5地锚抗拉力验算 arctg18/40
采用混凝土地锚，尺寸为2*3*3m 受力示意图如图3。
地锚在后风缆拉力T1 的作用下，假设风缆拉力产生的水平力与土压力抵消， 3m
须有：G地≥KT1sin(arctg18/40)0 (K-安全系数，取1.4 ) G地
G地=2*3*3*2.5=45t=450KN 2m
KT1sin(arctg18/40)0 =1.4*419*sin(arctg18/40)0 =241KN 图3
450KN >241KN，以上计算尚未考虑混凝土与土之间的粘结力，由此可见地锚安全。
5、结语
一般情况下，架桥设备越好、越先进，架桥效率越高。但在以下几种情况采用简单的人字扒杆将具有简单、快捷、经济的优点，一是大型架桥设备安装困难，如窄桥宽梁的桥梁；二是桥二头场地较小铺设导轨困难的桥梁，如山区桥梁；三是大型运输车辆无法进入桥位的桥梁，如农村公路桥梁；四是没必要使用大型架桥设备的桥梁。但人字扒杆因自身稳定性不够有施工不够安全的缺点，只要在施工中加强安全防范措施，就能达到满意的效果。

Shaft-crane Hoisting Technology in Narrow Bridges with Wide Beam
Xu Jijiang；Liu Renbin
(Jiangxi Ganzhou Highway Engineering Supervision Limted Company Ganzhou, 341000 )
Abstract: When the designed width of a beam and the width of a bridge is in the ratio of one to two, i.e. only two beams every span, at the same time ,the span is large and the beam is heavy, the beam hoisting technology becomes more difficult. This paper introduces the hosting technology using simple shaft-crane, which has the virtues of simpleness, convenience, time-saving and economy, so it has certain reference value.
Key words: narrow bridges; wide beams; shaft-crane; hoisting technology