关于 500m 长轨吊装方案的探讨
[摘要]
高速铁路在国内全面展开,长轨吊装新标准业已出台,本文对长钢轨的吊装提出独特方案,不仅满足了长轨吊装的技术作业要求,同时也节省了设备的投入费用,降低了工程成本。
关键词
高速铁路
长钢轨
吊装方案
引言 高速铁路在我国快速发展，长钢轨吊装技术标准相继出台，标准对吊装的要求极为严格，需要吊装设备的再次投入。针对原来的长轨吊装特点，本文提出新方案来解决长轨吊装问题，不仅符合吊装技术要求，同时也节省了设备的投入，对长轨吊装有指导意义。
1、工程概况 达成铁路是国家规划的“四纵四横”快速客运通道之一,沪汉蓉客运通道的重要组成部分，与建成的遂渝线共同形成了成渝间的便捷快速通道。我单位承建的达成铁路遂宁站至石板滩站新建双线段铺架工程，全线铺轨总里程达 221.318km，500m 的长钢轨 885 根。
2、长轨吊装特点 在新的长轨吊装要求出台前，各单位对长钢轨吊装都有自己的吊装方案：采用 2T 或 3T 的固定龙门吊配合吊钩直接吊装长钢轨，其钢轨吊点的间距在 17m 左右。从多年的施工经验来看，吊装方案也是可取的，在吊装 60 轨的施工中，经调查仅发现被吊钢轨的挠度较大，但未发现其他吊装隐患的存在。
随着高速铁路的大力发展，长轨吊装在各单位普遍展开。为加强对长轨吊装的技术与安全控制，铁道部运输局于 07 年 12 月下发了关于《百米定尺轨装卸存放规定》的通知（暂行），文件中对钢轨吊点的间隔提出不应大于 13 米，长钢轨两端的夹持点距轨端距离不大于 7 米的规定。
长轨龙门吊的吊装能力为 2T 或 3T,如果按新的吊装标准进行，设备的吊装能力不能充分发挥，造成了投入的浪费，并且还要再次购买新的吊装设备以满足吊装要求。500M 长轨按吊装标准要用 38 台龙门吊，采用新的长轨吊装方案仅需要 25 台龙门吊，减少了固定龙门吊的数量，而且充分发挥了设备的吊装能力，同时也减少了临时设施的数量，从而降低成本，节省大临的投资。对于已有长轨吊装设备的单位，采用此吊装方案不仅可满足吊装的技术作业要求，而且充分利用了原有龙门吊的吊装能力，发挥了设备的潜力，还节省了购买设备的资金投入。
3、吊装方案 3.1 吊装方案的选择 在了解了龙门吊的吊装能力并对铁道部的长轨吊装要求进行分析后，结合已有的长轨吊装经验得出：原有设备的吊装能力足够，吊装间距的缩小是因为要考虑减小被吊钢轨的下挠度，并防止钢轨在吊装过程中发生侧翻，预防吊装安全事故的发生。我单位在达成线购买了 19 台 17m 跨度的 2T 固定龙门吊及 6 台 18m跨度的 3T 固定龙门吊。针对 500m 长轨的吊装作业要求，解决的方案之一就是购买新的龙门吊，以满足长轨吊装要求，按要求需要再购置 13 台 2T 的固定龙门吊。另一方案就是改进长轨吊装方法，充分利用原有龙门吊的吊装能力，因此我们提出了如下的吊装方案：
不增加龙门吊的数量，充分利用原设备的吊装能力，通过采用吊轨扁担来缩小被吊长轨的吊点间距，以满足长轨吊装作业的操作要求。经计算确定龙门吊的距离间隔为 20m，整个长轨吊装布置方案如下图所示：
1# 5# 10# 15# 20# 25#20m*2410m 10m龙门吊
长轨龙门吊布置图 3.2 扁担的材料选用 利用既有资源，采用 43 旧钢轨作为横梁，上部的受力采用直径为 22mm 的 Q235 钢筋，钢轨与钢筋及钢筋与钢筋间的焊缝采用双面焊缝，焊缝长度不小于 15cm，钢筋的汇集点采用双面焊缝焊于钢板上，在钢板上挖一个圆孔便于安装吊钩。
扁担的结构如下图所示：
吊轨扁担图 此图形结构计算为超静定结构,考虑到实际使用的受力情况（即两侧作为主受力钢筋，其它钢筋作为构造筋配置），特作计算图形简化，吊轨扁担的计算简图如下：
吊轨扁担计算模型图 3.3 扁担的受力计算 3.3.1 强度计算 10M1.5mN1N1G1 G1 10MN43轨吊钩位置 吊钩位置N钢筋钢板
1、扁担钢筋的受力计算如下：
考虑扁担自重:其中钢板重 7Kg,钢筋的长度分别为 5.3m 两根,2.9m 两根,0.75m 两根,1.5m 一根，60 轨每米重 60.6 Kg, 43 轨每米重 45 Kg,按吊装的间距为 20m 进行计算。
G1=60.6*20/2+[45*11+2.98*(5.3*2+2.9*2+1.5+0.75*2)+7]/2
=886kg=8860N N1=3.5G1=31010N
δ S =185MPa(查得的最小值)
A=3.8*10-4 m 2
δ=31010/(3.8*10-4 )=82MPa<δS
=185MPa 故其强度满足要求。
2、扁担的钢轨受力计算如下：
钢轨在 N1 拉力的作用下受到一定的压力 P,对其强度计算如下: P=3.4G1=30124N
,
A=57cm2
δ=31124/(57*10-4 )=5.3MPa<δS
=185MPa 故其强度满足要求。
3.3.2 扁担的稳定性计算: 43 钢轨因受钢筋拉力的影响而承担一定的压力，其强度满足受力要求，但因钢轨受压，故还要考虑整个扁担的受压失稳情况。根据扁担的结构特点，因钢轨水平方向的惯性矩大于垂直钢轨对称轴方向的惯性矩，且钢轨在扁担所在的平面内还受钢筋的侧向制约，故吊装钢轨时其失稳或发生挠曲会先发生在垂直扁担的平面内，即沿水平面发生挠曲或失稳。故略去钢筋对整个扁担稳定性的影响（钢筋对扁担的稳定性影响很小），仅考虑钢轨的刚度。计算扁担因受压力而可能产生的失稳情况如下：
钢轨垂直轴的惯性矩 I y =260 cm4
钢轨所受的沿钢轨纵向的压力 P 为：
P=3.4G1=30124N E=210GPa,
L=10M
A=57cm2
欧拉公式:P C =π2 *E*I/(μL) 2
扁担在空中处于自由状态,但因受两端吊钩的影响,其运动受限,可以简化为两端铰接状态,故取μ=1。
钢的λ P =100 λ2 =(μL) 2 /（Iy /A）=(1*10)2 /(260/10 8 /57*10 4
) λ=468>λ P =100, 属大柔度杆，故可用欧拉公式 故扁担所能承受的最大压力为: P C =π2 *E*I/(μL)
2 =3.14*3.14*210*10 9 *260/10 8 /(1*10) 2
=53888N> P=30124N n= P C /P2=1.79 >1.3, 故扁担不会发生受压失稳破坏的情况。
从以上的计算中可以看出选用的钢筋是满足强度要求的，扁担受压后的稳定性也能满足,但是在吊装的过程中，因为龙门吊电动葫芦的提升速度不可能完全一致，总要有一些微小的高度偏差（从实际的钢轨起吊中可以明显看出），因此会导致每个扁担的实际受力是不均匀的，所以其受力会比计算的数据偏大一些。同时要考虑吊装过程中可能受到的风力影响以及起吊的一瞬间对扁担的冲击等诸多外界因素的影响;另外在施工中，还要考虑整个扁担在不用时的放置，防止因意外的原因而发生变形，故要考虑其有一定的侧面抗弯刚度，以保持其几何尺寸，故采用直径为 22mm 以上直径的钢筋更为稳妥些。
根据受力计算的结果,我们最后采用直径为 28 的钢筋承担拉力,采用 43 轨作为横梁,制件吊梁的扁担。扁担的钢筋与钢轨间的联结采用焊接,制作时考虑焊接问题,故将钢筋与钢轨的底面进行焊接,钢筋的交汇点焊接于 30cm*30cm*1cm 的钢板上。
扁担焊接点图
焊成型的吊轨扁担 3.4 龙门吊吊装能力计算: 按上面的吊装方案计算每个龙门吊总的吊装重量，钢筋按直径 28mm 进行计算 G1=60.6*20+[45*11+4.8*(5.3*2+2.9*2+1.5+0.75*2)+7] =1807KG=1.8t<2t(龙门吊的荷载标准) ，故龙门吊的吊装能力是满足的。
3.5 长轨龙门吊布置方案 500m 长轨吊装的最终布置方案如下: 采用 19 台 17m 跨度的 2T 固定龙门吊与 6 台 18m 跨度的 3T 固定龙门吊组成长轨吊装龙门吊,龙门吊总计 25 台,固定龙门吊的间距按 20M 考虑，则最外面的吊钩距长轨端部的距离为 5m,其总体布置满足长轨吊装要求，扁担两侧的吊钩采用普通的钢丝绳与夹钳组合成钢轨吊钩。
群吊布置图
4、经济效益及技术比较 4.1 经济效益比较 采用龙门吊加吊轨扁担的方案较增购龙门吊的方案相比，可以节省资金的投入。因为龙门吊数量的减小，相应可以减少龙门吊的基础施工量，对于已有的群吊控制柜也不需要重新进行改造，在使用过程中因 为龙门吊总数量没有增加，其总的使用功率没有变化，从而还节省了干线电缆的重新购置费用，在使用中还节省了电费的投入。两方案的经济对比情况如下 原龙门吊与吊轨扁担配合吊长轨方案增加的费用 序号 项目 单位 数量 单价(元) 合价(元) 备注 1 龙门吊 台 25
原有设备 2 需要增加的费用
2.1 采用新吊具 个 25 1950 48750 采用旧钢轨制作 合计
48750
增加龙门吊购置方案增加的费用 序号 项目 单位 数量 单价(元) 合价(元) 备注 1 龙门吊 台 25
原有设备 2 需要增加的费用
2.1 增购龙门吊 台 13 60000 780000
2.2 增加龙门吊线缆 M 1750 100 175000
2.3 增加基础施工 M3
10 400 4000
2.4 控制台改造费用 台 1
50000
2.5 增加龙门吊主线缆 M 500 100 50000
合计
1059000
4.2 技术方案比较 采用龙门吊加吊轨扁担的方案，其钢轨的吊点总计为 50 个，采用增购龙门吊方案的总吊点数为 38 个，从数据结果来看，龙门吊加吊轨扁担的方案其吊点更密，被吊钢轨的下挠度相对来说会更小，安全度更高，而且龙门吊的吊装能力得到了充分利用。
5、结束语 采用龙门吊加吊轨扁担的方案满足了长轨吊装的技术作业要求，又节省了固定龙门吊的投入，不仅减少了临时工程的费用，同时也节省了固定龙门吊的购买资金，因此对现实的施工具有指导和推广的意义。