浅谈钢结构箱梁吊装耳板设计方法

宗明明

（三江学院土木工程学院，江苏 南京 210012）

浅谈钢结构箱梁吊装耳板设计方法

宗明明

（三江学院土木工程学院，江苏 南京 210012）

随着我国钢结构箱梁在大跨结构工程中的广泛应用，钢结构箱梁吊装施工中吊装耳板成为钢箱梁安装过程中的重要构件。结合某跨线桥钢箱梁吊装的实际工程，探讨吊装耳板的设计内容和设计方法，为钢结构安装工程提供参考依据。

大跨钢箱梁；吊装方案；双机抬吊；吊装验算；耳板设计

1 问题的提出

随着我国基本建设的发展，钢结构相对混凝土结构而言，具有自重轻、承载能力高、便于施工和维护等特点，在土木工程中得到越来越多的应用。如在建筑工程中全钢结构、钢-钢筋混凝土混合结构、轻钢结构等；在桥梁工程中，钢桁架桥、钢箱梁桥、钢-混凝土组合箱桥等；在城市市政工程中，跨越城市主干道的人行桥、风景园林景区观光桥、地铁或轻轨车站建筑等。由于钢结构的主要构件在专业工厂制作，运输到施工现场进行现场安装，所以钢结构吊装施工中吊装方案、吊装方法、吊点的布置、吊装耳板的设计等尤为重要。据相关资料报道，上海某工程钢箱梁吊装过程中由于吊装耳板的撕裂破坏，造成一人当场死亡、一人重伤。本文结合南京市某跨线钢箱梁桥吊装工程，对钢箱梁吊装耳板设计方法进行探讨。

2 钢箱梁吊装设计步骤

钢箱梁吊装设计，首先应该根据业主的要求和现场的实际情况，综合考虑确定钢箱梁的起吊安装方案；确定吊机的起重吨位和起重机的台数；综合考虑确定构件的吊点位置；最后进行钢箱梁起吊耳板的设计。

南京市内某跨线桥采用钢箱梁，该工程的钢箱梁吊装单元的主要技术参数见表1。

根据业主的要求，该跨线桥由于需要跨越城市主要交通干道，施工期间不能全封闭，只能分段安装，保证道路半幅通行。再根据起重机起吊高度、构件自重和起重机的臂长，经设计计算确定每个吊装单元均采取双机抬吊的吊装方案。

该工程钢箱梁吊装采用双机抬吊，故每根箱梁设置四个吊点，吊点设置在距每根箱梁单元的边缘1 m处，吊点的具体位置见表1。由于钢结构箱梁的截面尺寸较大，钢结构板材的抗拉强度较高。图1为吊装示意图。

表1 某跨线桥钢箱梁吊装验算技术参数

图1 钢箱梁吊装示意图

3 钢箱梁吊装耳板设计

钢箱梁吊装耳板设计中，应进行下列内容的设计计算：①吊点的受力计算；②吊装耳板与钢箱梁构件的连接设计计算；③吊装耳板的承载能力设计与计算；④吊装耳板的构造设计。

3.1 钢箱梁每个吊点的耳板受力计算

根据该工程吊装方案中提供的参数，四种钢箱梁中预制单元2跨度为24 m，单体重约为33.5 t。每个箱梁设四个吊点，吊装采用双机抬吊方式。所以每个吊点的轴向拉力值，按照起吊最大单元自重33.5 t计算，则每个吊点所承受的拉力为：

33.5 /4=8.4 t-840 000 N（自重）根据相关规范的规定，吊装时可能产生加速度，故应考虑1.5动力系数，则每个吊点承受拉力值为84 000×1.5=126 000 N。

3.2 吊点耳板与箱梁连接角焊缝设计

耳板与钢箱梁采用双面角焊缝连接，初定角焊缝的焊角尺寸为hf=10 mm，耳板采用Q345B钢板，焊材采用50系列焊条，根据钢结构设计规范查得角焊缝抗拉强度fqf=200 N/mm3，按照钢结构设计规范的要求，外力N与焊缝长度方向垂直，则：

其中考虑正面角焊缝的刚度较大，韧性较差，应将其强度降低应用，所以按照直接承受动力荷载结构中的角焊缝考虑，取βf=1.0，则双面角焊缝长度lw为：

根据钢结构设计规范要求，最小焊缝计算长度，考虑焊接引弧，则焊缝实际长度取hf=15×10= 150 mm＜60hf=6×10=600 m（最大角焊缝长度）。

3.3 耳板设计

本工程吊装耳板拟采用下部矩形、上部圆弧型。根据上述耳板与构件的连接焊缝长度计算，吊装耳板的底部长度可以取为150 mm。根据现场情况，为保证吊装时减少构件的摆动，要求吊车采用吊环（穿销钉）与耳板连接进行吊装。所以吊装耳板设计时要考虑吊车所备用的吊具；要考虑穿吊具的孔径为多大；要考虑开孔后板的抗拉强度；要考虑开孔到耳板上边缘的距离应为孔径的2倍。

本工程初定吊装耳板开孔直径50 mm，耳板的钢板采用Q345级钢板，厚度在16～35之间，抗拉强度f=295 N/mm2。根据钢结构设计规范，钢板的最小厚度应为

考虑保证施工安全以及材料供应情况，本工程拟采用16 mm厚钢板即可满足要求。由于吊装耳板的圆弧部分开孔，削弱了耳板的截面尺寸，故对耳板开孔部分的截面承载力进行了验算，经验算满足吊装时的承载力要求。该工程耳板制作图样见图2。

图2 吊装耳板制作图

4 结论

在大型钢结构构件吊装过程中，为了保证吊装的安全并且方便施工：①要结合工程的实际情况确定吊装方案；确定起吊的吊机台数；设计吊点的位置，从而计算出吊点的受力。②吊装耳板设计要结合吊具的选择，考虑耳板与构件的连接设计，耳板的抗拉承载力设计，耳板的构造设计等，从而保证吊装的顺利进行。

[1]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版社，2006.

[2]黄呈伟.钢结构设计[M].北京：科学出版社，2005.

[3]GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

作者：宗明明（1984-），男，本科，从事土木工程教学工作。

With the extensive use of steel box girders in large-span structures in China，lifting lug has become the major component in the lifting and installation process of steel box girders.Relying on a practical flyover project with lifting of steel box girders，this paper explores the design content and design method of the lifting lug.This research also provides a reference for the installation of steel structures.

large-span steel box girder；lifting manual；dual-crane lifting；lifting calculation；lug design

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2014-7-17)