曹妃甸矿石码头二期工程钢引桥吊装施工技术

陈德旺

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

曹妃甸矿石码头二期工程栈桥由6榀下承式平行弦桁架桥组成，每榀钢桥长88.86m，宽15.6m，重612 t。因钢桥由主桁和车行道两部分组成，设计吊点位于主桁下弦杆上，为偏心结构。安装钢桥起重船是双主钩，两主钩间距5.5m，且要求主钩开度（主钩钢丝绳与垂线间夹角）不能大于6°。因此，采用钢丝绳进行封钩，同时采用长短扣的方法，通过计算长短扣的长度将有偏心距的钢桥吊起安装。本工程首次将吊点设在钢桥底部，采用锻造吊座工艺。本文对钢桥安装方法、索具受力计算及选型、吊座工艺及如何解决偏心问题进行总结，为今后工程参考借鉴。

1 有关计算数据

1.1 起重船数据

大钩距水面的有效高度为52m，大钩绳的允许偏转角度（与垂线间夹角即所谓开度）≤6°，双钩中心距5.5m。

1.2 钢桥数据

钢桥总重664 t，为满足起重船的起重能力，车行道桥面板在安装后再焊接，整桥吊重可减至566 t。桥高11.8m，主桁顶至底12.842m。主桁中心距9.55m，车行道宽6.05m。主吊点：纵距33.88m，横距9.55m。辅助吊点：纵距17.6 m，横距9.55m。桥为横向不对称结构，偏心距7.69m。

1.3 其它数据

墩台顶标高＋10.5m。锻造吊座尺寸1.443m×0.4m×0.4m。吊座绳扣凹槽距端面0.16m。

2 索具受力计算及选型

2.1 钢桥重心计算

根据合力矩定理：在某一平面内受到力G1，G2…Gn的作用，这些力的合力为G，则合力对力与平面内任一点的力矩等于各分力对同一点的力矩的代数和。以图1为例，经过推导，重心点在坐标的位置：

依据式（1），整桥重心投影顺桥向轴线与主桁一箱梁中心线距离为7.69m，其计算见表1。

2.2 吊扣长度计算

2.2.1 主吊索长度计算

取低潮位＋0.5m为安装水位，墩台顶至水面高度为10m，吊扣的垂直高度取28m，这样在理想状态下，大钩到扒杆顶端滑车的富裕高度还有14m。

图1 重心坐标计算示意图

表1 重量分布统计及整桥重心位置计算

吊扣绳组成的斜平面投影到钢桥水平面上，见图2。

图2 主吊索投影示意图

图中，1，2为起重船两主钩在钢桥水平面上的投影点，两点距离（文中下同）为5.5m；3，3′，4，4′为4个吊点位置。

为使计算更精确，这里考虑到长短扣挂在大钩上时有一定的间距，不是两个扣直接相交于一点，根据大钩实际尺寸间距约为0.6m，如图3、图4所示。

图5中的31、41实际上就是图4中的a和b，因此主吊索长度：短扣

图3 理想状态主吊索图

图4 实际状态主吊索图

图5 计算图示

2.2.2 辅助吊索长度计算

2.2.3 封钩绳索长度计算

经实测两钩头外侧间距为5.733m，封钩绳索绕4圈，中间用高强卡环连接，因此封钩绳索长度L=5.733×2×4=45.864m。

2.3 吊扣内力计算

2.3.1 主吊索受力计算

起重船的两个主钩是同步起吊的，因此，每个大钩承受566.04/2=283.02 t。设短扣内力为N1，长扣内力为N2。长短扣的垂直分力的合力为283.02 t，长短扣的水平分力应是相等的，由联立方程可求得：

由图4可求得：α =tg-1（28/14.275）=62°59′12″，β =tg-1（28/16）=60°15′18″。

由式（2）和式（3）计算得：N1=168.029 t，N2=153.732 t。

钢桥安装处于外海作业，考虑动力系数为1.1，故钢桥吊装时吊扣的内力分别为184.832 t、169.105 t。

考虑5倍安全系数。短扣选用φ124mm 8股61丝钢丝绳，工作荷载188.4 t；长扣选用φ110mm 8股61丝钢丝绳，工作荷载148.2 t，安全系数略小，但由于钢丝绳过螺使用，在具体吊安过程中应随时观测钢丝绳的工作情况。

2.3.2 封钩绳索受力计算

根据图2、图4、图5得：tg-1（1.56/14.19）=6°16′25″，tg-1（7.39/14.19）=27°30′36″，主吊索 N1水平拉力：184.832× cos62°59′12″× cos6°16′25″=83.448 t，主吊索 N2水平拉力：169.105 × cos 60°15′18″× cos 27°30′36″=74.413 t，故封钩索具受力：83.448+74.413=157.861 t。

选用φ65mm 6股37丝钢丝绳，工作荷载为36 t，绕4圈，中间使用1个55 t高强卡环连接。安全系数为4.6倍，因动态性较小，满足使用要求。

2.3.3 辅助吊索选型

辅助吊索在吊装中实际并不受力。因吊点设在钢桥底部，为防止整桥受涌浪影响产生侧晃，辅助吊索主要起到一个扶助作用。选用φ48mm 6股37丝钢丝绳，工作荷载为20 t，钢丝绳双股过螺使用。

2.4 吊索具汇总

吊索具汇总见表2。

表2 吊索具汇总

3 吊座工艺及验算

钢桥安装采用吊座工艺，即在主桁下弦杆下设专用锻造吊座，吊座两端下部设凹槽，吊扣套卧入凹槽，上部挂起重船钩头。为防止吊座吊装时滑移，吊座两侧设加筋挡板作为限位。吊座结构及安装位置见图6、图7。

图6 吊座位置示意图

图7 吊座立面图

进行吊座验算：按集中荷载考虑，取较大值。吊座受向上分力为：184.832 × sin 62°59′12″=1 646.67 kN，受剪位置截面积为118 660.171 6mm2。抗弯截面参数为：Ix=2 133 330×10-6m4，Wx=bh2/6=400×4002/6=10 666 666.7 mm3。受力计算如图8所示。

图8 吊座受力计算简图

最大正变形0.1mm，x=0.62m；最大负变形-0mm，x=0m；最大正弯矩0 kN·m，x=0m；最大负弯矩-447.2 kN·m，x=0.62m；最大正剪力674.5 kN，x=0.62m；最大负剪力-972.2 kN，x=0.16m。则抗弯应力σ=Mmax/Wx=447.2×106/10 666 666.7=42 MPa，满足要求。x=0.62m处，抗剪应力τ1=1.5×674.5×1 000/160 000=6.4MPa，满足要求。x=0.16 m处，抗剪应力τ2=1.5×972.2×1 000/118 660=12MPa，满足要求。

4 建议

1）钢桥吊装虽然成功，但吊起时略有不平。是因同个钩头长短扣中的短扣受力较大，钩头往力大方向发生扭转，但这个量较小。前面计算长短扣之差为：64.498-62.858=1.64m。可再加上25 cm，使长短扣之差变为1.89 m，来消除此影响。

2）粗重的吊扣要从钢桥上平联穿过，为操作安全便利，在钢桥顶部设操作平台，由槽钢焊接，顶部铺设木板，吊桥前用辅助吊索安放到位。既可周转使用，还可将粗重的主吊索撑开至预定位置，节省时间，一举多得。

3）通过实际吊装，钢桥非常平稳，辅助吊索未起作用。假如钢桥侧晃严重，也将无法安装。因此，若无其他用途，建议不设置辅助吊索。

4）因吊扣、锻造吊座重达数吨，靠人力或倒链拆卸很困难。建议钢桥安放后，在保证桥面结构受力的前提下，在主桁内上一小8 t吊车，配合施工。

5 结语

曹妃甸矿石二期6榀钢桥吊安的实践证明，采用封钩、吊座工艺、长短扣方法吊安偏心钢桥是比较成功的。它不需要另一根能承受566 t的专用吊架、及加配重或由小钩扶助，而解决了偏心问题。首次使用吊座，不用施焊大型吊耳，保证钢桥吊装时不变形，并可周转使用。实际效率可以达到每天安装1榀钢桥。技术上有一定创新，同时产生较大的经济效益。

[1] 王棋.理论力学[M].北京：水利水电出版社，2000.

[2] 天津市市政工程局.道路桥梁工程施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[3] GB50017—2003，钢结构设计规范[S].