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摘要：扁担型吊具在高危建筑行业中的应用很普遍。若吊具选型错误，将直接造成安全事故，特别是大型设备或构件的吊装。
关键词：长直腹式；钢板桩；吊具
对工程中长直腹式钢板桩存在长度方向刚度低、吊运困难等问题，对本工程中长达36m的直腹式钢板桩，利用工程现场易于获取的型钢，研发了直腹式钢板桩平吊的专用吊具。通过极限荷载情况下的吊具强度分析和钢板桩吊运时的吊具刚度及强度校核，说明吊具符合结构安全要求。工程实践说明，该吊具不仅保证了钢板桩的吊运安全，而且提高了吊运机动性，节省了吊运成本。
一、工程概况
钢板桩结构是一种通过嵌入土体的连续单体咬合成墙来抵挡水平方向压力的柔性支护结构，广泛应用于基坑支护、大型码头结构、堤防加固、挡土墙和围堰等工程建筑上，格体直腹式钢板桩围堰具有现场易于制作、组装快速等优势，但一般挡水水头不超过30m。扩建工程围堰最大水深超过30m，且底部覆盖层最深超过20 m，本工程中所需的长直腹式钢板桩最长达36m。直腹式钢板桩设计受力工况主要为抗拉，长度方向刚度低，在自重作用下长度方向极易受弯屈服，发生塑性变形。该工程中每m的钢板桩自重达61kg，36m 钢板桩自重将超过2t。一般情况下钢板桩的吊运有成捆起吊和单根起吊两种方式，一般采用两点起吊，单根起吊用于生产场合，常采用钢板通用吊具吊运。一般采用带钢环的钢丝绳吊索，双索穿套起吊，此种方式在操作、技术和成本效益方面存在不足，长板桩的转运是直腹式钢板桩施工中的关键技术，必须根据其受力条件，设计和制定超30m 直腹式钢板桩起吊控制技术要求和操作规范。
二、长直腹式钢板桩平吊设计
吊具是指用于连接被吊物体及起重设备并满足起吊要求的刚性器件，一般需要满足以下条件: 有足够的刚度、强度以及稳定性，在静载试验、动载试验及使用性能试验中，挠度在规定限度内，在实验中不产生塑性变形及裂纹等破坏现象。吊具常根据使用的场合设计，其型式丰富多样，包括横梁吊具、转子吊具、中板吊具、C 型卷板吊具、钢包吊具、桁架式吊具等，梁式吊具也有扁担式、折叠式、三角式等多种形式。
对于长大型设备物件的起吊，必须具有针对性制作专用的吊具，如何安全高效零变形零损伤的吊运一直是其关键问题所在，设计了一种装卸方便的桁架式吊具，完成了85m 组合梁整体跨吊装;［1］对跨海大桥建设中大型桥梁构件的起吊问题设计了一种由箱型梁和工字型钢焊接而成的桁架结构［5］，并对主梁截面进行了优化设计; 对300t 薄板转炉工程连铸机大包回转台，设计了一种大型扁担型吊具; 设计了一种结构新颖带有保护装置的专用吊具用于吊运百米钢轨［2］; 对一般钢板桩的堆存方式设计了挂钩式和夹钳式两种新型钢板桩专用成组吊具。按照钢板桩的水平吊运一般采用两点吊法，有采用吊钩直接吊取和采用吊梁吊取两种方式。但由于该工程中钢板桩的刚度太小，无法使用传统的吊钩式吊运法，故采用刚度大的梁式吊具配合吊运。
该工程所需钢板桩最长达36m，若采用传统的两点吊法，产生的挠度过大，可能发生塑性变形无法恢复，可以通过增加梁的约束，使静定梁变成超静定梁从而减少其挠度，所以针对本工程中的长直腹式钢板桩，宜制作专门的梁式吊具，进行多点起吊。根据本工程的直腹式钢板桩的型号、自重、强度等指标，结合厂家提供的资料和建议，经过钢板桩应力分析和起吊试验后，提出了长腹式钢板桩平吊工艺。
1、水平吊具设计
在吊重荷载计算的基础上，分析多点起吊的典型荷载形式和极端工况条件: 典型荷载则为吊取单根钢板桩情况，此时由于钢板桩刚度低，可能发生塑性变形，需进行钢板桩的刚度校核; 极端工况下，需成捆吊取4 根长约36 m 的钢板桩，需对其进行强度校核。设计起吊吊具: 主梁结构主体为3 组Q235 热轧工字钢I30，组合形式为两工字钢通过顶焊焊接于另一工字钢的下翼缘上，并辅以若干角钢加固连接，防止吊具侧向失稳，保证了吊具整体的刚度及稳定性，焊接均采用手工焊焊条E43 型。
主梁上部对称设两吊耳，相间距为12 m，则吊车通过钢丝绳施加的斜向上的拉力，分两部分分别作用于吊具结构上部两吊耳上。对于支座约束，为适应不同情况下吊取钢板桩的具体长度，分别设5 个下吊耳在主梁下部，为吊具吊取钢板桩的时的承力点，相邻承力点间距为6m，可完全覆盖36m 长的板桩，多个约束也使得钢板桩在吊运过程中受力体系为超静定结构，弯曲变形不会过大，吊取钢板桩时，用扁平吊装带成捆吊运，扁平吊装带采用高强力聚酯长丝制作，与钢丝绳相比，具有重量轻、强度高、耐磨损、不易损坏钢板桩表面等特点，使吊运过程更加安全可靠。
2、吊具强度校核。由《钢结构设计规范》，采用以概率论理论为基础的极限状态设计方法，用采用分项系数的应力表达式进行强度校核，成捆吊取4 根长约36 m 的钢板桩，总重约88 kN，为活荷载，荷载分项系数为1.4，吊具自重为1.41 kN/m，为永久荷载，荷载分项系数取为1.2，则自重荷载的设计值为1.692 kN /m，对于36m长的板桩采用对称吊点起吊，两侧悬臂长6m。受力分析得: 主梁截面最大剪力为34.79 kN，最大弯矩为117.48 kN•m，都发生在主梁上部吊耳所在截面处，截面塑性发展系数γx取为1.05，Q235 钢材抗拉强度设计值f 为215 MPa，抗剪强度设计值fv为125 MPa。计算最大剪应力:
3、钢板桩强度及刚度校核。水平吊具吊取单根钢板桩过程中，由于钢板桩长而薄，可能在自重作用下发生塑性变形，需要按材料力学容许应力及许可挠度对其进行应力分析和刚度校核，本工程中钢板桩采用材质为S355GP 的钢材，满足欧洲EN10248-1995 及国内的相关标准，其力学性能如下: 屈服强度为fy = 355 MPa，抗拉强度为fu =480 MPa，受剪屈服强度τy = 0.58 fy = 205.9 MPa。
1)分析荷载。取36m 长的钢板桩受力分析，其受力简图如图3，5个吊点可视为5 个铰支座，钢板桩自重可等效于一均布荷载q = 0.6 kN/m。
2)刚度校核。对于该钢板桩在自重作用下可能出现的失稳问题，属于超静定梁结构的非线性大变形问题，通过结构力学求解器计算算得，最大挠度发生位置为钢板桩两端部，ωmax = 0.011 m，最大转角发生在B、F 支座处，为θmax = 0.002 rad。梁的挠度校核通常用许可挠度与跨长的比值作为标准，对于土建工程，其比值一般限制在1 /250-1/1000 范围内，而梁在支座处的转角限制取为0.005 rad。所以该起吊工况下，钢板桩满足刚度条件，弯曲变形在允许范围内，即设计的吊具满足使用要求。
4、长直腹式钢板桩吊具运用效果。生产厂家随钢板桩交付的吊具为大型桁架式结构，高大笨重。研究设计的梁式吊具结构简单轻便，专用于钢板桩的平吊。与原吊具相比，吊具的自重减轻，在满足安全可靠性的原则下，更具机动性，简化了吊运过程中协调指挥的复杂性，节省了吊运的费用和时间。利用该吊具，完成了围堰所用的近千块直腹式钢板桩的吊运工作，技术经济效益明显。
结论
为解决扩建工程中的长直腹式钢板桩在转运过程中时可能出现塑性变形的问题，研发了一种由型钢焊接拼装而成的专用吊具用于钢板桩水平吊运，并对吊具的结构及尺寸进行了设计，通过材料力学理论对极限荷载情况下的吊具和钢板桩进行了强度及刚度校核。该水平转运吊具具有重量轻、刚度大的优点，在工程实施中使用效果良好，吊运的钢板桩挠度变形在允许范围内，提高了吊运的机动性。为大型钢板桩或细长薄板的起吊控制积累了经验。
参考文献
[1]刘延柱,朱本华,李军平.大型钢箱梁有关设计及制造细节问题的探讨［J］钢结构，2013，（09）．
[2]任安超，周桂峰，吉玉．热轧钢板桩的发展和应用前景［J］．特殊钢，2012，30( 1):24
论文作者:黄永明
论文发表刊物:《知识-力量》6中
论文发表时间:2018/10/12