跨海大桥吊具计算与分析

林华彬

（浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310000）

吊装技术是解决大型跨海桥梁快速建设的重要手段。吊具是实现吊装的重要工具。本文以某跨海大桥吊装为背景，对大吨位吊具开展计算分析工作，分析结构受力情况和给出计算方法，可作为类似工程参考。

1 工程概况

正在施工的某大型跨海大桥，桥梁标准宽度37m，中通航孔跨径为2×150m，其余跨径均为90m，海中桥上部结构采用全封闭钢箱梁。单节钢箱梁最大重量20000kN，含吊装时临时吊耳及调位牛腿等总重约23000kN。

本次吊装吊具分为上部索具、中部索具、连接索具、下部吊具、吊排，它们之间连接采用铰接，吊具结构如图1所示。

图1 吊具结构

2 参数取值与计算方法

吊具自重（包括索具）：G=550kN，吊装作业时桥面上附属物重量：G附属=66kN，吊装重量G吊=23000kN，G平衡梁=500kN。作业系数φ1=1.05，起升系数φ2=1.1，荷载不均衡系数K1=1.1，动载系数K2=1.2[1-3]。

吊索采用结构力学方法计算。将整体分解为：纵梁、横梁、吊排、索具，四大部分，分别单独计算分析过程：①先整体分析，按照结构力学计算方法，分析各索具内力值，受力示意图见图2；②建立各部位有限元模型，施加边界条件约束和荷载值。纵梁：采用外部静定的杆系模型，两端施加轴向荷载和自重。横梁：采用简支梁杆系模型，两端施加轴向荷载和自重。吊排：采用单梁模型，中间吊点xyz 平动方向固定，两端施加竖向吊装荷载[5]。文章主要针对具有代表性的中部吊具、纵梁、销轴展开计算分析工作。

图2 中部索具受力分析

3 中部索具计算

中部索具钢丝绳直径φ=168mm，连接索具重量为：G下部索具=220kN，中部桁架、横梁、爬梯重量为：G中部=1338kN，连接索具拉力：

中部桁架架、横梁和中部索具铰点处垂直拉力：

中部索具与水平面夹角α=59.2°，与中部横梁夹角：β=67.5°，与中部桁架梁夹角γ=67.1°，中部索具所受拉力：F2=F1/sin（α）=11962kN，中部桁架梁所受压力为：F4=F2×cos（γ）=4654kN。

安全校核：本次计算吊索抗拉强度标准值为1960MPa，公称直径为168mmm。根据文献[2]第3.2.25 条破断力计算：

连接索具对折使用，单根索力实际值为11962/2=5981kN，实际安全系数n=19693/5981=3.29>最小安全系数3，满足要求。

4 纵梁计算

纵梁通过铰接与吊索和横梁连接，纵梁主要承受轴力作用。纵梁端点设置约束连接，并通过主从连接与主体结构相连接，两端施加轴向荷载。计算成果见图3~图5。

图3 纵梁轴力（最大轴力为1400kN）

图4 纵梁组合应力（最大组合应力为155.6MPa）

图5 纵梁竖向变形量（最大为10.3mm）

结果分析：最大组合应力安全系数为1.89＞1.48，最大挠度10.3mm

5 吊排和连接索索具之间的连接销轴计算

销轴是连接部位的关键结构，结构如图6所示。绳套给销轴施加的载荷为均布载荷F绳索=9889kN，q均布=19778kN/m。计算结果见图7~图11。

图6 销轴结构

图7 弯矩（单位：kN·m）

图8 剪力（单位：kN）

图9 弯曲应力（单位：kPa）

图10 剪应力（单位：kPa）

图11 支反力（单位：kN）

按照第四强度理论，综合应力为：

6 结论

本文针对某跨海大桥大型吊具，开展了结构静力分析和计算，建立了有限元模型，分析了结构受力情况，为工程下一步工作奠定基础，为类似工程提供借鉴。