浅谈应用大跨径龙门吊分段吊装钢结构拱桥安全性计算分析

张兵兵 郭文君

（中交路桥华北工程有限公司，北京 101100）

1 概述

济宁环湖大道东线（太白湖新段）新泗河大桥的主桥为横跨泗 河 的 中 穿 系 拱 桥 。 跨 度 组 合 为30M+95m+130M+95m+30m=380m，采用钢箱结构。钢结构总截面高度为两米。拱肋采用相同材质，拱肋整体倾斜10 度。主拱高38.078 m，升跨比1/3.4，次拱高26.401 m，升跨比1/3.6。泗河大桥钢结构分为315 个大小不等的节段，其中最重的节段J13 重达111.047 吨。钢结构安装跨度37m，净高45m，自重138T，额定起重量150t。龙门吊最不利工况按最重段吊装考虑，即111.047t钢结构段从中跨吊装。门式起重机最不利的运行工况是按最重截面的吊装来考虑的，即111.047t 钢结构截面从跨中吊起，然后移到梁的最左端或最右端。 在这个过程中，风险很大，因此需要通过Midas Civil 建模计算分析来判断其安全性和可行性。

2 方案比选（表1）

通过以上综合比选，选用150t 跨墩龙门吊进行钢结构拱桥分段吊装，其在安全性、适用性、经济性和功效上都占有一定的优势。

3 龙门吊结构设计

本工程龙门吊高度为45m，钢结构安装最高段为中跨拱肋ZN3 段。顶部最大标高73.034 m，门式起重机顶部最大标高35.5 m，因此最大起升高度为37.534 M。门式起重机的起升高度可以满足起重机所有部件的安装和使用。

4 结构计算参数

4.1 计算参数确定

根据《钢结构设计标准》-（GB50017-2017），Q235 钢设计值如下：

（2）容许挠度不超过L/400。

4.2 设计技术参数及相关荷载大小选定

荷载类型：

（1）结构自重[1]：由计算软件自动计入。

（2）风荷载[2]

（3）钢结构荷载[3]

本工程龙门吊施工属户外作业，遇风大或下雨时应停止施工。 当最重的路段（111t）吊起且该路段离轨道最近时，是最不利的工况。龙门吊自重G1=2350KN，最重段G2=1110KN。吊运最重的梁板时，单顶的集中载荷为P，门式起重机的均布自重载荷为Q。

P=G1=1110×10=1110KN q=G2/L=2350×10/36=652.8KN/m

当处于最不利工况时单个龙门吊受力平衡可得到：

N1+N2=q×L+P

N1=(36-3)/36×1110+65.28×36/2=2192.5KN

N2=3/36×1110+65.28×36/2=1267.5KN

门式起重机的一侧为双腿，腿间距为24m，单腿视为4 个轮子，两轮之间的距离为1m。对较大受力腿的分析表明，可以得到较大受力单腿的垂直力平衡：N1=2192.5/8=274KN。

在最不利工况下，龙门吊单个车轮所受最大竖向应力为N=274KN。

5 龙门吊结构计算

5.1 计算目的

为保证支座在施工中的安全性和可靠性，特别对门式起重机的施工从强度、刚度和稳定性进行设计计算。

5.2 模型、边界及荷载

据分析，门式起重机吊运最重的一段（111t）且该段距离轨道最近时，砌块安装产生的垂向载荷和偏载较大。对最不利的工况进行三维空间建模分析。

龙门吊结构采用Midas 程序计算，并对各种杆件赋予各自材料特性。

6 龙门吊结构验算成果汇总及结论

6.1 设计成果汇总

将最不利工况作用下，龙门吊各构件的计算结果汇总见表2。

表2 龙门吊计算结果汇总表

6.2 设计结论

从表2 可以看出，门式起重机的强度在最不利载荷条件下可以满足施工要求。在整个稳定性校核计算中，临界载荷系数大，安全可靠。在刚度校核计算中，支座各构件挠度变形均在规范允许变形范围内（L/400），可满足四河大桥钢结构安装施工的要求。

结束语

公元前10 年，在古罗马的建筑手册中就有了关于起重设备的记载，两千多年的使用已经对各类起重设备的安全性得到了充分的验证，但是对于一些近年来涌现出的新式的起重设备安全性往往还未得到验证，例如本文中描述的跨墩龙门吊。这就要求我们在将这些新式起重设备投入使用之前一定要对其从强度、刚度和稳定性等方面进行安全性验算，优化其受力结构，确保其在运行过程中具有足够大的安全系数，只有这样才能够放心的投入到工程生产当中，只有这样才能够保障现场的施工安全，只有这样才能够保证工程建设顺利的进行。