浅谈高低龙门架安装施工安全与结构性能分析

储兵

摘 要：文章采用高低龙门架提升设备和架桥机完成箱（T）梁架设，根据设计图纸进行安装施工，设计中着重加强各部件联结性能、地基处理与格构柱的承载以及门架整体稳定性，解决易变形和侧移垮塌的弊端，通过结构力学与有限元分析验算得出的应力与位移等参数控制以指导现场施工和便于工程管理，从而保证工程安全可靠。

关键词：高低门架；安装施工；结构性能；整体稳定

1 工程介绍

因预制梁场与桥面高差过大，坡度超过5%，梁板无法直接通过便道运至桥头，故采用两台15m跨径36m净高2-85t高低提升龙门架提升设备进行梁板架设。

图1 高低龙门吊示意图

注：（1）图纸尺寸单位均为mm；（2）桥面上纵梁立柱支点位于箱梁的腹板位置；（3）桥面上纵梁立柱与I25工字钢之间采用Φ32工字钢与桥面之间采用Φ22的螺栓进行固接；（4）在立柱均增加1个18米高的贝雷立柱辅助墩以提高龙门架在吊装作业时的整体稳定性，为避免影响贝雷立柱基础稳定性，辅助墩基础不开挖，将基础边长以外1米范围内原地面硬化后，浇筑1.5米高、2米宽的基础，将贝雷立柱整体包裹在基础里面，贝雷立柱辅助墩与贝雷立柱主墩之间点焊连接。

2 安装施工

2.1 门架安装过程

2.1.1 固定式龙门架的贝雷立柱、龙门架横梁均采用201型高抗弯贝雷桁架片进行组拼，贝雷立柱辅助墩采用军用321型贝雷桁架片进行组装。

2.1.2 龙门架立柱为4排起立式贝雷桁架片组成，龙门架贝雷立柱地面高度为36m，桥面高度为6m，贝雷片排间距为：75cm+105cm+75cm的支撑架组成，贝雷桁架立柱基础为C25混凝土矩形基础台座，在基座顶面以下30cm处加1层间距15×15的φ12钢筋网片增加基座的承载力和抗裂性，贝雷桁架立柱的阴阳头直接与基础台座上预埋的阴阳头连接；桥面上龙门架支撑端采用双排4层321型贝雷桁架片、105支撑架组成，龙门架横梁、双排4层贝雷桁架片、纵梁立柱与I25工字钢、工字钢与桥面之间均采用Φ32、Φ22螺栓进行固接，贝雷立柱辅助墩为4排起立式贝雷桁架片组成，高度为18m，贝雷片排间距和主墩相同均为：75cm+105cm+75cm的支撑架组成，贝雷桁架立柱基础为C25混凝土矩形基础台座。

2.1.3 龙门架横梁为4排贝雷桁架片组成，贝雷横梁跨度为15m，贝雷桁架片排间距为：75cm+105cm+75cm的支撑架组成。

2.1.4 贝雷桁架立柱的两侧设有4对缆风绳，贝雷立柱辅助墩在墩顶设有2对缆风绳，以保证龙门架的整体稳定性。

2.1.5 单台龙门架上安装2台提升能力为60t/台的自行式天车和提升能力为6t/台的慢速卷扬机以及两组“4×4”提升滑车组，采用Φ21.5×6×37+1钢丝绳，抗拉强度1700Mpa。

2.2 施工工艺流程

龙门架基础中线、标高的测量放样→浇筑钢筋混凝土扩大基础台座→预埋台座上的阴阳头→贝雷桁架立柱组拼→贝雷桁架横梁的组拼→缆风绳的稳固→安装提升系统→安装电缆线及电控箱→调试运行→报检验收→提梁

2.3 30米箱梁在提升时，体系未转换，桥上龙门架立柱支点须位于1片梁的腹板位置，以确保受力状态稳定，由于40米T梁自重较重，在架设前必须完成横向、纵向湿接缝的连接，完成体系转换后方可提升。

3 高底龙门架结构性能有限元分析

依据高低龙门架结构设计图纸、照片、资料等使用MSC.Patran有限元建模，在各计算工况下对高低龙门整体结构进行刚度、强度分析，得出结构变形（位移）和应力分布计算结果，并对该结构在施工荷载作用下的刚度、强度进行了判定。

高低龙门架主要由高架塔架、低架塔架、横梁及其联接结构等组成，整个门架是一个庞大的空间力系杆件系统。模型计算施加的计算载荷主要有：结构自重、起吊设备重量和起吊重量等。

结构自重由计算程序自动施加，考虑到联接件重量，钢材密度适度放大，取8500kg/m3（大约增加10%），重力加速度取-9.8m/s2。

吊重载荷由甲方计算结果提供，具体有：（1）梁重700KN×K1×K2=882KN（考虑T梁浇筑混凝土时胀模系数K1=1.05；考虑T梁提升，运行时的冲击系数K2=1.2）；（2）天车自重70KN；（3）钢丝绳吊索48KN；上述载荷共计约882+70+48=1000KN。

3.1 荷载分析

工况一：自重作用下结构位移和应力。

工况二：满载荷，负载靠近高架时的结构位移和应力。

工况三：满载荷，负载位于横梁中间时的结构位移和应力。

工况四：满载荷，负载靠近低架约2.5m时的结构位移和应力。

贝雷片接头的强度校核。因自重作用下承载最小，计算时考虑其余三种工况。

a）工况二载荷 b）工况三载荷 c）工况四载荷

图2 模型加载图

3.2 结果分析

通过四种工况计算结果分析，得出如下结论：

3.2.1 （工况二、工况三、工况四的最大位移分别为12.3mm、20.9mm、14.9mm小于允许变形37.5mm；最大应力分别为-207～169MPa、-119～137MPa、-189～182MPa低于16Mn钢，许用应力[σ]=230MPa。

3.2.2 高低龙门架结构各个工况下的位移均小于许用位移，满足刚度要求。工况二、三下的极值应力均小于高低龙门架材质需用应力，满足强度要求。

3.2.3 工况四的极值应力为238MPa，略超材料许用应力[s]=230MPa。但该极值应力发生在载荷加载点上，存在应力集中现象。除去应力集中，极值应力约为231MPa，发生在横梁竖杆上，满足强度要求。

3.2.4 横梁贝雷片接头剪切强度校核。通过有限元计算，各个工况下横梁横杆最大轴向拉力Tmax=450000N，发生在计算工况三，贝雷片接头承剪面积A=80×25×2=4000mm2，最大接头切应力tmax=T/A=112.5MPa小于材料需用切应力[t]=345/1.5×0.6=138MPa，所以横梁接头安全。

4 结束语

4.1 计算时没有考虑风载荷和温度应力，建议大风工况禁止施工。

4.2 计算工况四载荷加载位置距离低柱为2.5m。由于高低柱的结构不同，载荷偏向低柱时，应力上升较快，建议施工时，载荷尽量远离低柱。

4.3 计算时冲击系数K2取1.2。T梁垂直运移和水平运移时，要求低速平稳，防止速度大起大落产生较大冲击。

4.4 T梁运移时，两台高低龙门架起重设备要求同步，避免T梁倾斜造成其中一台高低龙门架负载过大。现场派专人指挥同时要有备用发电机和卷扬机，防止吊梁中途故障。

4.5 文中给出高低龙门架主体结构的应力水平和变形情况，专门校核的节点除外，没有考虑其他结构连接部位，所以在安装和使用时要加强对节点部位的检查和加固，如加强横梁及长短柱的斜撑等。使用时派专人检查并留有检查记录。

总体而言，通过加强各部件联结性能、地基处理与格构柱的承载以及门架整体稳定性，高低门架有很强的实用性，再通过结构力学与有限元分析验算得出的应力与位移等参数控制以指导现场施工和便于工程管理，从而保证工程安全可靠，为类似工程提供一定的参考。