临近既有线大提升高度扶梯吊装力学分析

李建军 易小红 杨华

（西继迅达电梯有限公司，河南 许昌 461000）

临近既有线大提升高度扶梯吊装力学分析

李建军 易小红 杨华

（西继迅达电梯有限公司，河南 许昌 461000）

在国家的铁路基础建设中，铁路沿线站房、站台对电、扶梯的需求不断提高，并随铁路既有线施工。既有线扶梯施工存在吊装难度大，安全等级高的特点。涉及铁路运行安全，需对吊装过程力学分析。本文基于实际工程案例，希望能给予相关工程的工作人员提供参考。

既有线；大提升高度扶梯；吊装；力学分析

新建高铁站应设计要求需安装两台自动扶梯，扶梯垂直提升高度13.4m，安装位置临近既有线——正常通行铁路线，吊装过程需保障既有线的运营安全，故编制方案并拟定施工保障措施以保证施工安全。

扶梯外形轮廓尺寸：长32.5m，宽1.6m，高2m。单台扶梯重量约为19t，单体自重大。吊装过程中将扶梯分为3段，上段重9t，中间段和下段分别重5t。根据设计文件，每台扶梯下设有3个中间支撑点，吊装扶梯每段要从中间支撑点穿行，方至安装位置。

扶梯井道紧邻既有线，作业空间狭小，扶梯井道外侧的钢管支架不能拆除。施工过程中无法使用大型起吊设备，现场采用小型设备及增加吊点的方式起吊扶梯。

1 运输及吊装方案

1.1 运输

采用叉车（5t叉车2台）将自动扶梯（先下段，再中段，后上段的顺序）运送至起吊点的正下方，做好起吊前准备。

1.2 吊装方案

1.2.1 设置临时吊点。在起吊作业面狭窄的情况下，通过增加临时起吊点的方式起吊扶梯（如图1所示）。

图1 扶梯吊装就位图

1.2.2 起吊过程。先用小型起吊设备将扶梯下段从下侧两中间支撑空间吊起至上方临时起吊点处，随后采用电动葫芦（10t、7.5t）继续起吊，当扶梯下侧超出支撑面后，采用手动葫芦（5t）从扶梯尾部牵引，平移至设计标高。而后起吊中段和上段至设计标高，最后完成对接，完成整个施工过程。

第一个吊点用一个10t的电动葫芦，第二个吊点用一个7.5t的电动葫芦，第三个吊点用两个10t的电动葫芦，第四个吊点用一个7.5t电动葫芦，第五个吊点用7.5t电动葫芦。人字形龙门架与锚栓之间用5t手拉葫芦连接［1］。

2 吊装过程力学计算

2.1 上段扶梯吊装计算

上段扶梯吊装难度最大，重量最重，吊装过程及临时吊点组成最复杂，故需要对其吊装过程进行验算，在整个吊装过程中，钢丝绳（6×37+1）的拉力也在随着吊装的进行发生变化。

2.1.1 工况1。上段扶梯吊装需要从上侧两中间支撑空间吊起，故吊装过程中，扶梯需要与水平面成一定的夹角，初步从第二和第三吊点起吊，需要对钢丝绳抗拉承载力进行验算，当起吊至支点以上时，吊点2不参与工作，吊点3和人字龙门架参与工作。上段扶梯吊装过程如图2所示。

图2 上段扶梯吊装过程图

根据受力平衡，吊装起吊至横梁上侧时，钢丝绳承受荷载计算如下：

①工况1-1计算。假定工况1-1状态吊点2和吊点3和水平方向夹角分别为α和β。根据平衡条件可得：

其中，G表示上段扶梯自重为90kN；T1、T2表示扶梯相连钢丝绳拉力。cosα=0.14,cosβ=0.099,sinα=0.99,sinβ=0.995。

解得：T1=37.65kN，T2=53.25kN。

②工况1-2计算。计算结果如下：

其中，cosα=0.70,sinα=0.72,cosβ=0.099,sinβ=0.995。

解得：T1=11.50kN，T2=82.12kN。

2.1.2 工况2。当上段扶梯起吊至上侧横梁后，第一吊点从扶梯上部牵引，将扶梯向前移动至设计标高，在此过程中，第一吊点牵引时，第二吊点不参与工作，移动过程由第一吊点和第三吊点参与工作［2］。故此时为该工况的最不利位置。具体验算如下：

根据平衡条件可得：

其中，cosα=0.349,sinα=0.938,cosβ=0.962,sinβ=0.273。

解得：T1=67.10kN，T2=24.40kN

从上述工况计算可知，钢丝绳的最大拉力为82.12kN，假定安全因数为2.0，故钢丝绳最大正应力为：

从上述验算可知，钢丝绳在吊装上段扶梯时强度满足要求。

2.2 人字形门架计算

因第二、三、四吊点位置略低，不能满足上段扶梯顶部的吊装要求，故在吊点1增设人字形门架以满足起吊要求。

2.2.1 最不利位置确定。人字形门架受力计算采用MIDAS模型分析，模型演变成荷载作用下的超静定问题［3］。具体模型如图3所示。

图3 人字形门架MIDAS模型图

在上段扶梯从临时吊点2向人字形门架移动的过程中，钢丝绳的受力及钢丝绳和水平向的夹角一直在变化，故需验算两种状态下的人字形门架受力：①吊点2和吊点3将上段扶梯吊装至支撑上方时，人形门架参与受力，吊点2不参与受力时，即工况1-2；②上段扶梯吊装就位，人形门架参与受力，吊点3参与受力，即工况2。

2.2.2 最不利工况验算。根据Midas模型计算，人字形门架在加载工况2作用下，后端钢丝绳最大拉力Fmax=5.7kN，取安全因数为2.0，钢丝绳最大正应力：

从上述验算可知，人字形门架后钢丝绳在吊装上段扶梯时强度满足要求，从计算结果亦可看出刚度也满足要求。

2.2.3 临时型钢计算。第二、三、四临时吊点采用悬臂型钢的方式，型钢型号采用250×250H型钢，型钢尾端先2个M12×120mm锚栓固定防止位移，然后在站台上H钢尾部站台面上开2个Ø 10cm的圆孔，再用钢丝绳环绕固定，防止型钢倾覆。故H型钢按照悬臂结构计算，计算在指定荷载作用下的强度和刚度。悬挑端与起吊环采用钢丝绳环绕固定，防止起吊环径向位移导致的吊环滑落。

2.3 下段扶梯吊装计算

下段扶梯吊装初期，第三、四吊点参与工作，而后第五吊点参与工作，第四吊点不参与工作，通过第五吊点横向拉力使下段扶梯平移到位。

下段扶梯吊装需要从下侧两中间支撑空间吊起，故吊装过程中，扶梯需要与水平面成一定的夹角，初步从第3和第4吊点起吊，需要对钢丝绳抗拉承载力进行验算，当起吊至支点以上时，吊点4不参与工作，吊点3和吊点5参与工作。下段扶梯吊装过程如图4所示。

图4 下段扶梯吊装过程图

根据受力平衡，吊装起吊至横梁上侧时，钢丝绳承受荷载计算如下：

2.3.1 工况1。假定工况1-1状态吊点3和吊点4和水平方向夹角分别为α和β。

根据平衡条件可得：

其中，G'表示下段扶梯自重为50kN；T1、T'1、T2表示扶梯相连钢丝绳拉力；cosα=0.086,cosβ=0.068,sinα=0.996,sinβ=0.998。

解得：T1=22.14kN，T2=28.00kN。

工况1-2的计算，计算结果为：

其中，cosα=0.87,sinα=0.996,cosβ=0.96,

sinβ=0.27。

解得：T1=48.99kN，T2=4.44kN。

2.3.2 工况2。当下段扶梯起吊至上侧横梁后，第五吊点从扶梯下部牵引，将扶梯向后移动至7.2m层地面。在此过程中，第五吊点牵引，第四吊点不参与工作，移动过程由第五吊点和第三吊点参与工作。故此时为该工况的最不利位置。具体验算如下。根据平衡条件可得：

其中，cosα=0.96,sinα=0.72,cosβ=0.069,sinβ=0.998。

解得：T1=4.67kN，T2=46.7kN。

从上述工况计算可知，钢丝绳的最大拉力为48.99kN,假定安全因数为2.0，故钢丝绳最大正应力：

从以上验算可知，钢丝绳在吊装上段扶梯时强度满足要求。

3 临近既有线安全措施

①在临近既有线作业范围内的施工作业，均应设置防护，防护人员均需经考试合格的职工担任，未设好防护，未经批准，不得施工。

②临近既有线施工的机械必须由专人指挥，操作人员必须培训考核合格持证上岗。

③临近既有线施工人员必须培训考核合格后才能进场施工，并且在施工区域设专职防护员，施工过程中禁止将垃圾抛入既有线，并且做到工完料清脚下清。

［1］ 铁道部.铁路营业线施工安全管理办法［EB/OL］.（2012-12-09）［2017-10-09］.http://www.doc88.com/p-706892167562.html.

［2］ 国家石油和化学工业局.HG20201-2000，工程建设安装工程起重施工规范［S］.2000.

［3］ 杨文柱.起重吊装简易计算［M］.北京：机械工业出版社，2007.

High-rise Escalator Hoisting Analysis in Existing Line

Li JianjunYi XiaohongYang Hua
（XJ Schindler Elevator Co.Ltd.，Xuchang Henan 461000）

In the nation’s rail infrastructure,along the railway station building and platform,the demanding of elevator and escalator are also increased,and those proceeding with the existing railway construction.For such site,the escalator installation has difficulties in hoisting and high-safety level requirement.This article was based on practical engineering case,hope to provide reference to the relevant engineering staff.

existing line；escalator with large lifting height；hoisting；mechanical analys

TN820

A

1003-5168（2017）11-0056-03

2017-10-09

李建军（1979-），男，本科，中级工程师，研究方向：电扶梯。