人字扒杆架梁施工技术及计算

人字扒杆架梁施工技术及计算

中铁五局三公司----桂仕涛

[摘 要]：介绍运用扒杆架设桥梁的施工技术及检算方法，为同类桥梁施工提供有益的经验和借鉴。

[关键词]：人字扒杆 桥梁架设 施工技术 结构检算

一、工程概况

江底河特大桥位于南永公路4标，全桥长201.376m，主拱为150m跨箱型拱。上部结构为2跨16m T型组合梁，10片梁；16跨11.2m空心板梁，边板32片，中板片，其中以空心板梁边板最重，每片梁砼7.41m3。根据设计要求,主拱需对称加载，架梁时需两套架桥机从两岸向跨中对称架设。如果采用双导梁架桥机，将大大增加施工成本。综合施工的可行性与经济性，施工方案经过论证和比选，最后确定整座桥的梁板安装采用人字扒杆架设完成，下面以空心板梁边板为例介绍架梁过程中的扒杆施工技术及检算方法。

二、人字扒杆架梁施工技术

2.1 人字扒杆拼装工艺参数

人字扒杆用角钢加工而成，每副人字扒杆由两件钢格构组成，上端绞结,下端采用拉杆对拉。每

件钢格构分为3节制作，节长为3.35m，节间采用12颗φ12mm高强螺栓连接，朳杆竖立后底宽3.5m，高9.9m。 格构主肢采用4-∠63×5角钢，斜缀条采用∠50×5角钢(与格构轴线成45度夹角)，角钢间采用焊接连接，不设横缀条。

起重系统由滑轮组、导向滑轮、卷扬机组成。牵吊绳、留索、缆风绳均采用6×37φ17.5mm钢丝绳。卷扬机采用3台3t卷扬机，单头牵引力30kN，2台起重，1台用于牵引留索。

起吊滑轮组采用8门滑轮(定、动滑轮各4门)，走8线，跑头从定滑轮绕出，经过1个导向滑轮连接卷扬机；留索采用2门滑轮(定、动滑轮各1门)，走3线，跑头经过动滑轮绕出连接卷扬机。

每副人字扒杆安装前后缆风各2根。地锚采用砼重力式地锚，也可利用已浇筑的桥墩盖梁或架设好的空心板(4片一联)作为缆风地锚，

在施工中可以根据梁重、梁跨等采用不同型号的设备，以满足施工要求。朳杆布置见图1。

2φ17.5前缆风A2φ17.5后缆风朳杆卷扬机留索牵吊绳T1T22φ17.5前缆风B朳杆2φ17.5后缆风5×11.2m图 1

2.2 人字扒杆架梁方法

空心板梁采用滚筒运输，滚筒采用铸钢件，外径15cm，壁厚1.5cm，走板采用杉木走板。短上走板，通长下走板的滚移方式。

人字扒杆架梁过程如图2所示，其具体施工步骤如下：

(1)运梁车将梁运到位后，前、后两个人字扒杆的吊勾同时起吊梁的前端，使梁离开地面，退出前车；

(2)前面人字扒杆的吊勾勾进，后面人字扒杆的吊勾放松，使梁缓慢前移，留索同步缓慢放松；

(3)梁接近前墩时(距设计位置约3m)，后面人字扒杆的吊勾解下移至梁后端，把梁吊起，后车退出；

(4)控制留索使梁移到纵向设计准确位置，取出留索；

(5)运用手动葫芦横移梁端，使梁到达横向设计位置；

(6)调整好梁的支座并落梁到位；

(7)该孔梁铺完后，拆除后面的人字扒杆并移到前墩，开始下一孔梁体安装。

图2

2.3 板梁吊装施工安全措施

考虑人字扒杆架梁的特点，为保证作业的安全，施工中应采取以下措施：

(1)地锚在使用时，应指定专人检查，如发生变形，应立即采取措施；

(2)钢丝绳在使用前应作详细检查,包括钢丝绳的直径、长度及有无断丝情况、有无磨损等。钢丝绳在使用中不得超负荷,不能使钢丝绳产生错位曲折；

(3)吊装前应仔细检查起重设备以及卡具、索具是否有松动现象，朳杆焊缝是否有开裂、脱焊。起吊时，提升和下落要平稳，不准有急动或冲击现象；

(4)为保证前、后两个人字扒杆的吊勾同时起吊，必须指派有起重经验的人员在现场统一指挥；

(5)所有现场施工人员必须戴安全帽，高空作业人员还须配带必要的防护设备；

(6)当出现大风、雨、雪、雾等不利天气时，应停止吊装施工；

三、人字扒杆结构检算

3.1人字扒杆受力分析

江底河特大桥空心板梁采用钢筋混凝土结构，一片边板混凝土7.41m3，γh取25KN/m3，则G=7.41×25=185.25KN。

当预制梁前端接近B墩，L1≈3m时，T1牵吊绳解下改系到梁的后端，T2牵吊绳承受P的全部荷载，此时的T2最大，为牵吊绳及朳杆的最不利情况，见图3。根据图3中的位置关系可得：

21.221.29.922sina2sina10.9061；

cosa2cosa19.921.29.9220.4231；

8.738.722sinb2338.7220.3260；

cosb20.9454

P＝G/2×K+G1＝185.25/2×1.1+10=111.9KN

式中：P--预制梁重力的1/2×动载荷系数＋吊具重力；

K--动载荷系数，对电动卷扬机为1.1；

G1—吊具重力，取10KN；

T2P111.9118.4KNcosb20.9454；

S2T2sinb2118.40.326040.2KNsina20.9601；

HT2sinb2FgT2sinb2G(f1f2)185.25(0.10.1)118.40.326037.4KN2d215式中：Fg--为滚动摩

擦力；

d--滚筒直径，15cm；

f1、f2--上下走板的摩擦系数，钢滚筒对木料取0.1；

AS19.9Bb2a18.7T1HPT221.212.4L1=3单位：m图 321.29.9b1a2S2

3.2 牵吊绳受力检算

牵吊绳采用6×37φ17.5mm钢丝绳，滑车采用有青铜衬套滚柱轴承，走8线，跑头从定滑轮绕出，经1个转向轮与卷杨机连接。

(1)计算牵吊绳跑头拉力Sq：

fn(f1)1.048(1.041)k2SqfT1.04118.419.0KN2n8f11.041

式中：f--滑车转动阻力系数，取1.04；

n--滑车组的工作绳数，即走8线；

K--导向滑车个数，跑头从定滑轮绕出时加1；

因跑头拉力为19.0KN，故采用30KN卷扬机可满足要求。

(2)计算钢丝绳破断拉力Sb：

Pg=0.5d2=0.5×17.52＝153.1KN；Sb=α×Pg=0.82×153.1=125.5KN

式中：Pg--钢丝绳破断拉力总和，KN；

d--钢丝绳的直径，mm；

α--钢丝绳之间荷载不均匀系数，取0.82；

(3)牵吊绳安全系数：

K计Sb125.56.6K允5.5 (可)Sq19.0

3.3 留索受力检算

留索采用6×37φ17.5mm钢丝绳，滑车采用有青铜衬套滚柱轴承，走3线，跑头从动滑轮绕出与卷杨机连接。

(1)计算留索跑头拉力SL为：

fn1(f1)1.0431(1.041)k0SLfH1.0437.413.0KNn3f11.041

Sb125.59.7K允3.5 (可)SL13.0(2)留索安全系数：

K计

因跑头拉力为13.0KN，故采用30KN卷扬机可满足要求。

3.4 风缆受力检算

因前缆风在吊装过程中不受力，故仅检算后缆风，后风缆采用2根φ17.5mm钢丝绳，每米重q=0.01048KN/m。当b1=b2时，得：T1=T1，S1=S2，此时为后缆风绳的最不利受力情况，见图4：

令

tg(b1)tg(b2)；即x12.4x，解得x6.423m8.70.758.7；

sinb1sinb26.4236.423(8.70.75)220.5621此时：，

cosb1cosb28.70.756.423(8.70.75)220.8270

ABa1S19.9S2Px21.212.4单位：m图 421.28.79.9b1T1T2b2a20.75

(1)计算吊梁到x=6.423m时风缆的综合拉力S1、S2

根据：T1cosb1T2cosb2P

解得：

T1T2P111.967.7KN2cosb120.8270

根据：S1sina1T1sinb1，S2sina2T2sinb2

解得：

S1S2T1sinb167.70.5621111.942.0KNsina10.906120.8270

(2)检算单根缆风绳

每副扒杆布置两根后缆风绳，朳杆高h=9.9m，平面布置见图5。根据图中位置关系可得：

21.24.521.222cos(c1)cos(c2)0.9782；

9.94.5221.22缆风绳与地面的夹角：

d1d2tg124.55；

缆风绳长：

Ls(21.224.52)29.9223.8m；

φ17.5后缆风9m朳杆Aφ17.5前缆风Bc1c2朳杆21.2 m12.4m21.2 m图 5

1)单根缆风绳的初拉力S0：

qLscos(d1)0.0104823.82cos24.55S00.7KN80823.80.04

2式中: 0--缆风绳自重挠度，取Ls的4%；

2)单根受力最大的缆风绳张拉力SF：

11SS420.722.6KN102222cos(c1)cos(c2)0.97820.9782

Sb125.55.6K允3.5 (可)SF22.6

SF3)则缆风绳安全系数：

K计

3.5 朳杆钢格构受力检算

人字形扒杆用角钢焊接加工而成，每副人字扒杆由两件钢格构组成，上端绞结,下端采用拉杆对拉。每件钢格构分为3节制作，节长为3.35m，朳杆竖立后底宽3.5m，高9.9m， 见图6。

9.93.5/20.9851； sin(e)0.174110.0510.05；

根据图6得：

cos(e)缆风绳起重滑车组10.05m9.9m朳杆e导向滑车3.5m图 6

朳杆结构的验算工况与验算牵吊绳时相同，当预制梁前端接近B墩，L1≈3m时，T1牵吊绳解下改系到梁的后端，T2牵吊绳承受P的全部荷载，为扒杆B的最不利情况，见图3。

由以上计算得知，此时：T2=118.4KN,S2=40.2KN，cos(a2)=0.4231，cos(b2)=0.9454

(1)计算单个格构受到的压力

1)由T2和S2引起的轴向压力N1：

由：2N1cos(e)T2cos(b2)S2cos(a2)

得：

N1T2cos(b2)S2cos(a2)118.40.945440.20.423165.4KN2cos(e)20.9851

2)起重滑车组绕出绳对朳杆的压力N2：

N2=Sq=19.0KN

3)缆风绳初拉力对桅杆的压力N3：

缆风绳按前后缆风各2根，共4根计：

由：2N3cos(e)4(S0sin(d1))；

得：

N34(S0sin(d1))4(0.7sin(24.55))0.6KN2cos(e)20.9851

式中：d1--缆风绳与地面的夹角，由前面计算知d1=24.55°；

4)单个格构自重产生的压力估计为：N4=10KN

5)单个格构顶部受到的压力：Nd= N1+N2+N3=65.4+19+0.6=85.0KN；

中部受到的压力：NZ=N1+N2+N3+N4/2=65.4+19+0.6+10/2=90.0KN；

(2)计算单个格构受到的弯矩：

1) 作用于格构顶部的弯矩Md：

计算T2产生的轴向压力NT：

由：2NTcos(e)T2cos(b2)

得：

NTT2cos(b2)118.40.945456.8KN2cos(e)20.9851

Md=(NT+N2)e=(56.8+19.0)×0.5=37.9KNm

式中：e--定滑轮偏移格构中心的距离，为0.5m；

2)作用于格构中部的弯矩MZ：

MdMKWCAFhN4Lgsin(e)37.90.60.1193.59.91010.050.1741MFMGd23.6KNm2284284

Mz

式中：MF--风载引起的弯矩，KNm；

K--单斜腹杆取0.6；

WC

--基本风压，取6级(强风) 0.119KPa；

AF--朳杆受风面积，3.35×0.4+2×0.5×(0.4+0.25)×3.35=3.5m2；

h--朳杆高度，9.9m；

MG--朳杆自重产生的弯矩；

Lg--钢格构长度，10.05m；

(3)钢格构截面参数计算：

钢格构主肢采用4-∠63×5角钢，其参数为：A1=6.14cm2，I=23.2cm4，z0=1.74cm，i=1.25cm

斜缀条采用∠50×5角钢，其参数为：A1=4.8cm2，I=11.21cm4，z0=1.42cm，i=0.98cm

每件钢格构分3节制作，节长为3.35m，节间采用高强螺栓连接，主肢与斜缀条采用焊接，其结构见图7。

ni2mI2y2.15xx52y25552--2x030a830m=1yIz=Lg141L5°xx04y401--1单位:厘米图 7 计算组合截面的有关参数：

I40max4[IA1(z0)2]4[23.26.14(201.74)2]8282cm42 I25min4[IA1(z0)2]4[23.26.14(12.51.74)2]2936cm42

IminA=4A29361=4×6.14=24.56cm2 Imax82820.355

(4)钢格构顶端截面整体检算：

NdMd37900000AW85000181.3MPaf215MPan24561.129360000125(可)

式中：γ—截面发展系数，取1.1；

Wn--格构顶端的净截面抵抗矩；

(5)钢格构中部截面整体稳定性验算；

Imin0.355根据：LZ/Lg =3.35/10.05=0.333；Imax

查表：计算长度系数μ=1.060

朳杆换算长度：Lh=μLg=1.060×10.05=10.65m

格构长细比：

xLhImaxA1065828224.5658

格构换算长细比：

hx240A24.565824060150A14.8 (可)

式中：A1—为单根斜缀条的毛截面积，为4.8cm2；

查《钢结构设计规范》：弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系x0.812，等效弯矩系数mx=1，截面塑性发展x=1；

欧拉临界力：

NEX2EA3.1422.0610524561482856N2258x

中部截面毛截面抵抗矩：

WZImax8282414.1cm32020

NzxAmxMzxWz(1xNz)NEX900000.8122456123.61061414100(10.81290000)1482856105.1MPaf215MPa

(可)

(6)主肢型钢单肢稳定性验算

0imin1)顶端截面：ι0=51.2cm, imin=i=1.25cm,

51.240.961.25,查表：轴心受压稳定系0.5

NdMd8500037.9106n12(B2z0)42(250217.4)198.9MPaf215MPaA10.5614 (可)

式中：n1--主肢型钢根数；

B--格构截面宽度；

0imin2)中部截面，ι0=80cm, imin=i=1.25cm,

801.25,查表：轴心受压稳定系0.785；

NzMz9000023.6106n2(B2z0)42(400217.4)1113.7MPaf215MPaA10.785614 (可)

(7)斜缀条稳定性验算

实际剪力：

MdWAF37.91060.60.1193.5103Vcos(e)0.985134NLg2100502

计算剪力：

VAf85fx2456215235852356212N235

式中：f—钢材抗压强度设计值；

fx—钢材屈服强度，对Q235钢取235MPa；

两者中取较大者，故V取6212N；

V62124392N2cos(1)2cos45

则单根斜缀条的轴向力：

Nx式中：α1—斜缀条的水平夹角；见图7，为45°；

ι0=40/cos(α1)=40/cos45=56.6cm, imin=i=0.98cm,

0imin56.6580.98,查表0.817；

Nx432911.0MPaf(0.60.0015)141MPa故：A10.817480 (可)

式中：A1—单根斜缀条毛截面积；

四、结语

人字扒杆是一种较为常用的施工机具，它具有轻巧、经济、易于加工安装、操作简便等诸多优点。本文介绍了人字扒杆的拼装工艺参数、板梁的吊装方法，最后对人字扒杆做了结构受力分析与检算。所有这些说明，只要扒杆的设计、加工和安装(包括缆风绳的设置)合理，完全可以用于中小跨径桥梁梁体的架设。