浮吊上起重机吊杆的加固设计与计算.doc

浮吊上起重机吊杆的加固设计与计算 无锡路桥集团股份有限公司 马士中 邢士伟 李俊伟 冯泉钧1、概述随着水上运输事业的发展，大多数苏南运河连续进行改造升级，航道桥梁的规模越建越大，使原有的桥梁安装设备无能为力，特别是浮吊上的起重吊杆高度就显得明显不足。例如锡宜高速公路上的一座跨越京杭运河的钢管砼系杆拱桥主跨100米，常水位以上的拱顶高度达35米，计算需吊杆长度为40米；而苏北有座北澄子运河大桥，其主跨为80米二幅，安装水位到拱顶高达38米，需要42米长的吊杆才能满足安装要求。但我公司现有的浮吊上的吊杆总长度仅为30米，如能利用原有的吊杆将它加固接长，不但可以节约投资，节省新造吊杆的时间，而且还能解决旧设备的积压，减少仓储压力。对我们桥梁工程技术人员来说还可得到一次实际的工作锻炼，将学校学到的基础理论和专业知识创造性地运用到实际工作中去，是一项十分有价值的工作。本文以苏北北澄子运河大桥主拱肋安装为背景，叙述其吊杆加固设计的要点和具体计算方法：上跨北澄子运河的大桥是一座主跨为80米的钢管砼系杆拱桥，共有两幅桥面组成，每幅桥面均有两根拱肋，每根拱肋均由两根90016的钢管组成哑铃形断面，其总重量为70吨，是本桥安装的关键构件，计划用两台浮吊抬吊，每台浮吊承担35吨。主要安装顺序为先梁后拱，即在安装好系梁后再把80米主跨的拱肋一次安装到位，其最大提升高度为施工水位以上38米。根据计算，需要吊杆长度为42米，但我公司仅有30米长的钢管吊杆，其最大断面为80012，最小断面为35012。如果要满足现有的安装要求，则吊杆必须加长12米，而且吊杆断面的竖向惯矩也应相应加大，并应考虑以下特点：臂杆是安装在浮吊上，它与安装在陆地上的起重机不同。因为浮吊船体可以左右前后摆动，对吊杆受力不利，加固设计中必须考虑这个因素。加固后的吊杆是一根多级突变截面的吊杆，而且与中间截面不相对称，见图二，因此没有现成的资料借鉴，而必须运用基础理论重新进行设计与计算。在浮吊上的吊杆可以变更起吊角度，但为便于操作吊杆也可始终保持65的仰角，此时起重拱肋上下动作，可用起重索来完成，拱肋的平面活动则靠浮吊进行。2、利用浮吊安装拱肋时的荷载简图，如图一所示。图一浮吊简图注：为方便计算，图中仅表示起升荷载为单位力P=1时，吊杆轴向压力的数值，虚线示纵倾2后单位起升荷载引起的吊杆轴向压力。3、吊杆的分段长度及各段截面的几何特性3.1吊杆分段长度及截面构造见图二（图中2L16010010为加固增加的部分）3.2吊杆分段截面的几何特性值见表一吊杆分段截面的几何特性值表表一4、作用在吊杆上的荷载种类及组合4.1吊杆的自重荷载，见图三4.2吊杆上的因素荷载按规定，因素荷载P=起吊荷载G作业系数d动载系数h相应的一根吊杆的轴向压力为：式中：-为吊杆的横向夹角，见图四，Cos=0.99914.3船体纵倾2，横倾2时吊杆内力增加4.3.1船体纵倾2时，左右两根吊杆上每根将增加轴向力（以前倾为不利）4.4风荷载的影响按规定：作用在起身荷载的风力，一般以每9.8KN安全工作负荷的风力为300N（0.3KN）来考虑。起重设备工作时的风速不超过20m/s相应风压不超过250Pa（0.25KN/m2）。由上可得作用在吊杆顶上的计算风载为：作用在吊杆上的风载，按竖向800断面计（因人字吊杆在横向已组成桁架，见图五，这里不计横向力）。4.5荷载组合4.5.1按无风状态4.5.2按有风状态5.1允许应力5.1.1无风状态计算的允许应力5.1.2有风状态计算的允许应力由允许应力值对比可见两种状态均有可能控制计算。61吊杆临界力的计算本吊杆为多级突变截面压杆，且上下部各不对称，为此选择能量法计算其临界力。而压杆在偏离平衡状态有微小的移动时，变形能的增量（变化）U为： 式积分不必继续展开，可直接利用电脑积分。列表计算如下：括号中的数值积分表表二6.2对以上结果的分析利用以上计算结果，可以解得失稳时的屈曲线方程为：与对称的变截面杆件（按一个正弦半波）即：相近似，但显然本吊杆的失稳状态要精确些。7吊杆的应力验算(主要是弯矩作用平面以内的验算)7.1无风状态验算7.2有风状态验算以上计算结果均能满足使用要求，并获得专家组评审通过。8结束语8.1本文仅对吊杆总体作了计算分析，但吊杆连接计算等部位仍需按常规进行验算，以确保吊装安全。同理吊杆加高以后，浮吊的稳定性也必须验算。8.2在二根吊杆平面以内的稳定可用图五的构造措施保证。8.3吊杆加工时，吊杆轴线挠度不应超过其长度的1/1500。8.4本吊杆起吊仰角较大，为防止吊杆发生回跳，吊杆顶部必须有保险索与船头连系，此外还应制订其它相应的安全措施。8.5试吊是检查整个系统能否确保安全起重的重要手段，根据规定当设计荷载为196490KN，试验荷载可取246540KN，由此可得本次试验荷载应为350+50=400KN，重物离地面后悬挂时间不少于5分钟，有关试验的其它注意事项按常规进行。参考资料1、钢结构设计规范（GB50017-2003）2、船泊与海上设施法定检验规则（中华人民共和国船泊检验局）3、船泊与海上设施起重设备规范（2007年）4、弹性稳定理论（S.P铁摩辛柯