浮吊上起重機吊桿的加固設(shè)計與計算

1、浮吊上起重機吊桿的加固設(shè)計與計算  無錫路橋集團(tuán)股份有限公司 馬士中 邢士偉 李俊偉 馮泉鈞1、概述隨著水上運輸事業(yè)的發(fā)展，大多數(shù)蘇南運河連續(xù)進(jìn)行改造升級，航道橋梁的規(guī)模越建越大，使原有的橋梁安裝設(shè)備無能為力，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，計算需吊桿長度為40米；而蘇北有座北澄子運河大橋，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度僅為30米，如能利用原有的吊桿將它加固接長，不但可以節(jié)約投資，節(jié)省新造吊桿的時

2、間，而且還能解決舊設(shè)備的積壓，減少倉儲壓力。對我們橋梁工程技術(shù)人員來說還可得到一次實際的工作鍛煉，將學(xué)校學(xué)到的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識創(chuàng)造性地運用到實際工作中去，是一項十分有價值的工作。本文以蘇北北澄子運河大橋主拱肋安裝為背景，敘述其吊桿加固設(shè)計的要點和具體計算方法：上跨北澄子運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，計劃用兩臺浮吊抬吊，每臺浮吊承擔(dān)35噸。主要安裝順序為先梁后拱，即在安裝好系梁后再把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)計算，需要吊桿長度為42米，但我公司僅有30米長的鋼管吊桿，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：臂桿是安裝在浮吊上，它與安裝在陸地上的起重機不同。因為浮吊船體可以左右前后擺動，對吊桿受力不利，加固設(shè)計中必須考慮這個因素。加固后的吊桿是一根多級突變截面的吊桿，而且與中間截面不相對稱，見圖二，因此沒有現(xiàn)成的資料借鑒，而必須運用基礎(chǔ)理論重新進(jìn)行設(shè)計與計算。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，此時起重拱肋上下

4、動作，可用起重索來完成，拱肋的平面活動則靠浮吊進(jìn)行。2、利用浮吊安裝拱肋時的荷載簡圖，如圖一所示。圖一浮吊簡圖注：為方便計算，圖中僅表示起升荷載為單位力P=1時，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、吊桿的分段長度及各段截面的幾何特性3.1吊桿分段長度及截面構(gòu)造見圖二（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，見圖四，Cos=0.99914.3船體縱傾2°，橫傾2°時吊桿內(nèi)力增加船體縱傾2°時，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）來考慮。起重設(shè)備工作時的風(fēng)速不超過20m/s相應(yīng)風(fēng)壓不超過250Pa（0.25KN/m2）。由上可得作用在吊桿頂上的計算風(fēng)載為：作用在吊桿上的風(fēng)載，按豎向800斷面計（因人字吊桿在橫向已組成桁架，見圖五，這里不計橫向力）。4.5荷載組合按無風(fēng)狀態(tài)按有風(fēng)狀態(tài)5.1

6、允許應(yīng)力無風(fēng)狀態(tài)計算的允許應(yīng)力有風(fēng)狀態(tài)計算的允許應(yīng)力由允許應(yīng)力值對比可見兩種狀態(tài)均有可能控制計算。61吊桿臨界力的計算本吊桿為多級突變截面壓桿，且上下部各不對稱，為此選擇能量法計算其臨界力。而壓桿在偏離平衡狀態(tài)有微小的移動時，變形能的增量（變化）U為： 式積分不必繼續(xù)展開，可直接利用電腦積分。列表計算如下：括號中的數(shù)值積分表表二 6.2對以上結(jié)果的分析利用以上計算結(jié)果，可以解得失穩(wěn)時的屈曲線方程為：與對稱的變截面桿件（按一個正弦半波）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)力驗算(主要是彎矩作用平面以內(nèi)的驗算)7.1無風(fēng)狀態(tài)驗算7.2有風(fēng)狀態(tài)驗算  

7、以上計算結(jié)果均能滿足使用要求，并獲得專家組評審?fù)ㄟ^。8結(jié)束語8.1本文僅對吊桿總體作了計算分析，但吊桿連接計算等部位仍需按常規(guī)進(jìn)行驗算，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，吊桿軸線撓度不應(yīng)超過其長度的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)計荷載為196490KN，試驗荷載可取246540KN，由此可得本次試驗荷載應(yīng)為350+50=400KN，重物離地面后懸掛時間不少于5分鐘，