47m跨度钢结构廊道吊装计算及安装质量控制.doc

47m跨度钢结构廊道吊装计算及安装质量控制三航局南京分公司 秦磊 王晓朋摘要本文以太仓协鑫码头工程高智能化全天候无人值守带式输送机系统钢结构廊道为例，对47m钢结构廊道吊装进行受力计算，并对安装质量控制要点进行阐述。关键字带式输送机 钢结构吊装 钢结构安装质量控制1 工程概况太仓协鑫码头为煤炭储运码头，位于江苏省太仓市境内长江南岸钱泾口与原太海汽渡之间，隔江与上海崇明岛相望。建设有1个5万吨级散杂货接卸泊位(水工结构按靠泊10万吨级集装箱船设计)和4个500吨装船泊位(水工结构按靠泊1000吨驳船设计)以及相应配套设施。码头长度为310m，宽度44.5m，陆域面积约33.4万，共布置3条斗轮机作业线，配套生产用房和生产建筑物共28551.86，设计年通过能力850万吨。该工程共计有带式输送机23条，总长4660米，最大带宽2米；廊道钢结构17条，总重量2300多吨。厂区的生产运营全部依托带式输送机系统，带式输送机系统为高智能化全天候无人值守生产系统，采用一体化廊道皮带机结构形式，钢结构廊道的施工质量成为工程的重点，如果质量控制不好，会导致带式输送机的运行跑偏，震动噪声大，甚至引起安全事故。图1 47m跨度钢结构廊道钢结构廊道单跨最大跨度47米，重32吨，横越长江大堤，一侧立柱位于引桥横梁，高度13.856m，一侧立柱位于陆域，高度15.456m。廊道在引桥正上方，引桥宽度10m，廊道宽度4.26m，且周围有栏杆、防汛墙、平行廊道等障碍物，吊装工作面极其狭窄，且引桥预制板设计为空心板，吊装作业前需进行荷载验算。本文针对47m跨度钢结构廊道进行吊装受力计算及安装质量控制分析。2 总体施工部署长江边多雨、风大，气候恶劣，且现场施工交叉作业多，作业条件复杂，为了减小现场环境、机械等条件的影响，确保钢结构廊道的加工制作和安装质量，工程伊始就精心策划、周密部署，采用“厂区加工制作47m廊道整体预拼装桁架解体为15.25m、15.1m、16.65m三段运输进场桁架解体处现场进行高强度螺栓连接、焊接焊缝超声波检测梁与桁架高强度螺栓连接拼装调整成型高强度螺栓终拧扭矩检验整体吊装就位”的施工工艺。因98%以上的焊接工作量在厂区完成，有效地保证了钢结构的焊接质量，在施工现场大部分采用高强度螺栓连接，极大地加快了施工进度。3 吊装方案的确定3.1吊装顺序为了保证优质、安全、高效地完成吊装，把廊道钢结构划成若干个单元，严格按步骤施工，立柱和廊道是主要骨架，遵循以下吊装顺序：1）先吊门柱、后廊道；2）栏杆、走道板、接料板等吊装。3.2钢结构廊道受力验算单榀立柱最大重量约为9吨，采用25t吊机进行吊装，难度不大。现对47m钢结构廊道整体吊装方案进行分析，拟采用2台70T吊机进行抬吊，吊索采用4根钢丝绳，每侧吊机各设2根钢丝绳，两侧钢丝绳成对称绑扎。图2 47m钢结构廊道吊装平面示意图 图3 47m钢结构廊道吊装立面示意图（1）钢丝绳受力验算1）钢丝绳与水平方向夹角计算由图3所示，cos=2.5（廊道主梁间距）/2/2.5（钢丝绳长）0.5，可求， =602） 钢丝绳容许拉力受力计算：P=Q/2/(2sin)gP钢丝绳容许拉力（kN）；Q钢廊道总重量（kg）；钢丝绳与水平方向夹角。可求，P=32000(总重)/2/（2*sin60）*1092.4kN 。3）钢丝绳最小破断拉力计算：本工程拟选用36NAT637S+FC1770钢丝绳（见下图），直径36mm，光面纤维芯西鲁式钢丝绳，钢丝公称抗拉强度为1770MPa，用于起重索具且直接捆绑重物， 查找国家标准GB8918-2006重要用途钢丝绳，钢丝绳最小破断拉力公式：F0=KD2R0/1000F0钢丝绳最小破断拉力，单位为kN；K某一指定结构钢丝绳的最小破断拉力系数； R0钢丝绳公称抗拉强度，单位为MPa；D钢丝绳公称直径，单位mm。根据国家标准GB8918-2006重要用途钢丝绳表2，纤维芯钢丝绳637S最小破断拉力系数K=0.33，可得：F0=KD2R0/1000=0.33*36*36*1770/1000=757kN。图4 36NAT637S+FC1770钢丝绳断面图4）钢丝绳安全系数验算根据JGJ276-2012建筑施工起重吊装安全技术规范，F0=KPF0钢丝绳最小破断拉力，单位为kN；K钢丝绳的安全系数；P钢丝绳容许拉力（kN）。可求，K=F0/P=757/92.4=8.2。根据JGJ276-2012建筑施工起重吊装安全技术规范4.3.1第4条：当利用吊索上的吊钩、卡环钩挂重物上的起重吊环时，安全系数不应小于6；当用吊索直接捆绑重物，且吊索与重物棱角间已采取妥善的保护措施时，应取6-8；当起吊重、大或精密的重物时，除采取妥善保护措施外，安全系数应取10。经计算钢丝绳安全系数为8.2，现场用做吊索直接捆绑重物，满足上述安全系数要求。因此，现场采用4根36NAT637S+FC1770钢丝绳用于起吊47m钢结构廊道满足要求。（2）吊机起重能力验算1）吊机的起升高度H吊机的起升高度H应符合下式规定：h1+h2+h3+h4HH吊机的起升高度（m）；h1从停机面算起至安装支座表面的高度（m）；h2安装间隙（不小于0.2m）；h3构件吊起后底面至绑扎点的距离（m）；h4锁具高度（m），自绑扎点至吊钩中心距离（m）。根据设计图纸，从停机面算起至安装支座表面的高度h1为15.456m，构件吊起后底面至绑扎点的距离h3=4.188m；根据图3计算，自绑扎点至吊钩中心距离h4=2.5sin60=2.165m；安装间隙h2取0.5m。因此，h1+h2+h3+h4=22.309m，吊机的起升高度H应大于22.309m。2）吊机的起重量Q吊机的起重量Q应符合下式规定：Q1+Q2QQ1廊道重量（t）；Q2锁具重量（t），取0.1t；因此，2台吊机的起重量Q应大于32.1t。因周围有栏杆、防汛墙、平行廊道等障碍物，吊装前现场对吊机站位进行定位放样，吊机实际回转半径约为7m，根据70T吊机性能表，回转半径7m时25.9m主臂额定起吊重量为22.15t，2台抬吊时额定起重量为22.15t2=44.3t，根据JGJ276-2012建筑施工起重吊装安全技术规范3.0.15：当采用双机抬吊时，宜选用同类型或性能相近的起重机，负载分配应合理，单机载荷不得超过额定起重量的80%。两机应协调工作，起吊的速度应平稳缓慢。22.15*0.8=17.72t16.05t；因此使用2台70t吊机进行抬吊，吊机起重能力满足要求。3）起吊高度及起重臂仰角验算吊机主臂长25.9m，回转半径r=7m时，吊机仰角=arccos7/25.974.4。根据吊机性能表，起重臂最大仰角为78，满足要求。=74.4时吊机主臂升起高度H1=25.9*sin74.424.94m，吊机底铰距停机面高度H2，查参数表，H2=3.5m，可得，吊机起升高度H=H1+H2=24.94+3.5=28.44m22.309m，所以吊机起升高度能够满足要求。（3）水工结构允许荷载验算： 苏州港太仓港区协鑫码头工程水工结构施工图设计说明中码头引桥结构对流动机械荷载的要求如下：Tr-60集装箱拖挂车、70T吊机（码头安装维修时使用，支腿打在纵、横梁上；引桥空载通过）。根据吊装示意图，1台吊机要在引桥上进行吊装作业，廊道和锁具的最大重量为32.1t，每台吊机分配重量16.05t。为保证吊装安全，对在引桥上进行作业的吊机进行支腿力验算复核， 根据 JTS 144-1-2010港口工程荷载规范中70T吊机荷载资料，70T吊机载重20t时最大工况受力情况：主受力两个支腿力分别为353kN、131kN，另外两个支腿力分别为150kN、6kN，满足横梁和引桥空心板允许荷载要求；为避免应力集中产生裂缝，在每个支腿下垫钢板（1500*1500*20）。4 钢结构廊道安装质量控制钢结构廊道安装的标高、轴线偏差过大会引起带式输送机的运行跑偏，高强度螺栓的施拧质量若控制不佳会影响结构稳定性，导致带式输送机运行时震动过大甚至安全事故，因此现场施工将测量放线、廊道钢结构线形控制、高强度螺栓终拧扭矩检验作为质量控制要点。4.1测量放线吊装前需测量放线和复核的项目：确定安装基准线，实测基础轴线偏差；安装过程标高控制。（1） 安装基准线的确定、实测基础轴线偏差：为实现钢结构安装精确定位，必须依据工艺总平面布置图和厂区首级控制网建立安装控制网。安装基准线的测设就是根据施工图纸，按建筑物基础的定位轴线来测定钢结构的纵、横中心线，并标注在基础施工期已埋设的中心标板上，作为钢结构安装的基准线。钢结构安装平面基准线不少于纵、横两条。根据确定的安装基准线，实测每个基础的轴线偏差值，记录测量数据，以备后期使用。（2） 安装过程标高控制： 立柱柱脚每个螺栓上预装1只调平螺母，利用调平螺母作用于立柱底板进行调平。立柱吊装前，将调平螺母调整至设计标高；立柱就位后，用水准仪进行复测，复测合格后拧紧紧固螺母。 4.2廊道钢结构线形控制钢结构桁架线形控制是钢结构安装的一个关键工序，根据水运工程质量检验标准JTS257-2008规定，桁架直线度不得大于L/1000，钢结构廊道横截面对角线差值不得大于5mm，因47m钢结构廊道跨度较大，所以钢结构廊道线形控制难度很大。影响桁架直线度的最大因素是桁架的运输和堆放，在运输桁架时须堆放牢固稳妥，并加设必要的钢丝绳绑扎和倒链拉挂，防止桁架变形和受损。在现场堆放时，场地须平整坚实、无积水，地面铺设防护板，桁架不得乱堆乱放，防止变形。对于廊道横截面对角线控制，现场用高强度螺栓将桁架和梁拼装为整体，先将高强度螺栓进行初拧、复拧，然后用钢卷尺从中间向两端依次测量横截面对角线，如偏差大于5mm，用手拉葫芦对桁架和梁进行微整，最后将高强度螺栓进行终拧，然后进行下一组螺栓的终拧。采用初拼装初拧、复拧调整终拧的施工方法，很好地控制了大跨度钢结构廊道的对角线差值。4.3 高强度螺栓扭矩检验本工程高强度螺栓设计为高强度大六角头螺栓连接副，高强度螺栓终拧扭矩需根据高强度螺栓的扭矩系数确定，扭矩系数除参考产品出厂试验报告外，还必须将高强度螺栓送第三方检测单位进行复验，根据复验报告确定扭矩系数及终拧扭矩。（1）高强度螺栓终拧扭矩的确定方法： 1）高强度大六角头螺栓连接副扭矩系数复验 在施工现场待安装的螺栓批中，每批随机抽取8套连接副送第三方检测单位进行复验。连接副扭矩系数复验用的计量器具在试验前进行标定，误差不得超过2%。每套连接副只做一次试验，不得重复使用。在紧固中垫圈发生转动时，更换连接副，重新试验。连接副扭矩系数的复验将螺栓穿入轴力计，在测出螺栓预拉力P的同时，测定施加于螺母上的施拧扭矩值T，并按下式计算扭矩系数K。TPdK=式中T施拧扭矩（Nm）；d高强度螺栓的公称直径（mm）；P螺栓预拉力（KN）。进行连接副扭矩系数试验时，螺栓预拉力值应符合表1的规定。表1 螺栓预拉力值范围（KN）螺栓规格（mm）M16M20M22M24M27M30预拉力值 P10.9 S93113142177175215206250265324325390每组8套连接副扭矩系数的平均值应为0.1100.150，标准偏差小于或等于0.010。根据第三方检测单位试验数据，送检的M20*70、M20*75、M20*80高强度大六角头螺栓连接副（10.9S）扭矩系数平均值为0.127。 2）高强度螺栓连接副终拧扭矩值计算高强度螺栓连接副终拧扭矩值按下列式计算：Tc=KPcd式中 Tc终拧扭矩值（Nm）；Pc施工预拉力值（KN），见表2；d螺栓公称直径（mm）；K扭矩系数。表2 高强度螺栓连接副施工预拉力标准值（KN）螺栓的性能等级螺栓公称直径（mm）M16M20M22M24M27M3010.9 S110170210250320390因送检的M20*70、M20*75、M20*80高强度大六角头螺栓连接副（10.9S）扭矩系数平均值K为0.127，所以终拧扭矩值Tc=KPcd=0.127*170*20=431.8 Nm（2）高强度螺栓施拧要求、终拧扭矩检验根据扭矩系数、螺栓规格、施工预拉力值，计算出高强度螺栓的终拧扭矩，现场M20螺栓终拧扭矩为431.8 Nm。1）高强度螺栓的拧紧应在同一天完成。拧紧分为初拧、复拧、终拧。初拧、复拧扭矩值各为终拧扭矩值的50%。2）紧固高强度的测力扳手，应在作业前校正，且应在每拧完100个螺栓后校正一次，其扭矩误差不得大于3%。3）在校验好的扭矩扳手上设置初拧、终拧扭矩值，将高强度螺栓进行初拧、复拧、终拧，对终拧后的螺栓涂红做标记，防止漏拧。4）终拧扭矩检验：应在终拧完成1h后、48h内进行终拧扭矩检查。检查方法采用“转角法”，检查数量为节点数的 10%，且不应少于 10 个节点；每个被抽查节点按螺栓数抽查10%，且不应少于 2 个。利用“转角法”对螺栓的终拧扭矩进行抽验，在螺尾端头和螺母相对位置画线，然后全部卸松螺母，再按规定的初拧扭矩和终拧角度重新拧紧螺栓，观察与原画线是否重合，终拧转角