CN105110207B - 结构不对称物的起吊系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种结构不对称物的起吊系统，其包括悬臂吊机和悬挂在所述悬臂吊机上的用于与所述结构不对称物固定连接的吊具，所述吊具包括起吊支架和设置在该起吊支架下方的多个吊耳，其中，所述起吊支架包括结构对称的基础支架和设置在该基础支架上的附加支架；所述吊耳包括固定在所述基础支架下方的基础吊耳和改制吊耳。本发明结构不对称物的起吊系统适用范围广，易于实现，吊具加工成本较低。

Description

结构不对称物的起吊系统

技术领域

本发明涉及路桥建设领域，尤其涉及一种结构不对称物的起吊系统。

背景技术

在假设物体是均质的前提下，该物体重心或重心线只与其形状有关，对于有规则形状的物体，其几何中心线和重心线是重合的；对于形状不规则的物体，该物体的重心线可以通过计算或实验方法获得，同时通过计算获得的重心的位置也是该形状不规则物体的几何中心和质量中心。当该物体是非均质的前提下，该物体的几何中心(线)和实际重心(线)并不重合。

对于部分预拼装的建筑构件其表面的轮廓形状是近似规则和对称的，但是其内部结构并不对称，这种建筑构件在物理上不能被视为均质物体，确定这类结构不对称的建筑构件的重心的位置关系到该建筑构件的起吊施工质量，同时，对于这种建筑构件的起吊施工还需要保证起吊过程的平稳，否则该建筑构件可能会因为起吊过程中发生的倾斜或摇摆而对该建筑构件的结构产生不利影响。

例如，如图1所示的斜拉桥或悬索桥桥面的钢箱梁Ⅰ，该钢箱梁Ⅰ由顶板、斜腹板、底板构成其表面轮廓结构，且上述结构在钢箱梁Ⅰ表面分布均匀，因此钢箱梁Ⅰ的表面轮廓具有几何中心线Ⅰ1；但是设置在钢箱梁Ⅰ内部的横隔板Ⅰ3可能因为施工要求在顺桥向的方向(桥面拼装延伸的方向)上进行不对称分布，主要表现为其中所使用的横隔板Ⅰ3的种类可能不一致(但该横隔板Ⅰ3在横桥向方向上是对称分布的)，因此，该横隔板Ⅰ3的布置影响了该钢箱梁Ⅰ的实际重心线Ⅰ2的位置。在这种情况下，所述几何中心线Ⅰ1和实际重心线Ⅰ2不重合。

如图2所示的现有的吊具Ⅱ具有对称结构，其包括向左右方向对称延伸的基础支架Ⅱ1、开设在所述基础支架Ⅱ1几何中心线Ⅱ4上的牵拉吊孔Ⅱ2以及以所述几何中心线Ⅱ4对称设置在所述基础支架Ⅱ1下方的吊耳Ⅱ3。

如图3所示，使用所述吊具Ⅱ起吊所述钢箱梁Ⅰ时，由于起吊施工标准要求吊具Ⅱ的几何中心线Ⅱ4要与钢箱梁Ⅰ的几何中心线Ⅰ1重合，因此按照所述施工标准进行起吊时，该钢箱梁Ⅰ在起吊过程将会发生较大倾斜，影响了该钢箱梁Ⅰ的结构稳定性。

目前有两种应用于起吊如前所述的结构不对称物体的不对称吊具：

其一，如图4所示的三角形不对称吊具Ⅲ，该三角形不对称吊具Ⅲ配合丝杆调节可较容易实现起吊重心转移，并且由于其构造特点能更有效发挥钢材抗拉压强度特性，结构受力明确，受力计算方便，杆件截面可尽量缩小而进一步减少结构用材。但是其缺点也较突出，由于为得到合理的受力角度，其斜拉杆角度通常不小于45°，因此该吊具Ⅲ整体工作高度较大，对工作净空高度有要求，因此只能与部分型号的悬臂吊机Ⅳ的配合使用；

其二，扁担式液压可调吊具，其主要原理是利用钢材抗弯拉应力较好的特点，与常规的扁担梁相同，通过选择不同的截面满足所需的工作荷载，再配合可以通过移动而改变起吊重心位置的液压变矩系统，实现重心转移；该扁担式液压可调吊具工作高度要求低，可轻易实现非对称钢箱梁(或其他建筑构件)的起吊，但是，由于液压系统的引入，其构造变得复杂，使该吊具的造价及后期维护检修费用增加，并且，所述液压变矩系统的可调范围有限，锚固点位置不可变，当钢箱梁吊点位置发生改变时则无法使用。

发明内容

本发明的目的是，提供一种适用范围更灵活，易于实现的，成本较低的结构不对称物的起吊系统。

为达到以上技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种结构不对称物的起吊系统，其包括悬臂吊机和悬挂在所述悬臂吊机上的用于与所述结构不对称物固定连接的吊具，所述吊具包括起吊支架和设置在该起吊支架下方的多个吊耳，其中，所述起吊支架包括结构对称的基础支架和设置在该基础支架上的附加支架；所述多个吊耳包括固定在所述基础支架下方的基础吊耳和改制吊耳，并且进一步包括固定在所述附加支架下方的附加吊耳。

为实现本发明，所述悬臂吊机包括悬臂支架、架设在该悬臂支架上的用于牵拉所述吊具的提升系统以及设置在所述悬臂支架底部的支腿系统。

定义所述悬臂支架牵拉所述吊具的一端为前端，远离所述吊具的一端为后端。优选地，所述悬臂支架为菱形挂篮支架，所述支腿系统包括设置在该菱形挂篮支架下方的前支腿和后支腿。更优地，所述悬臂支架的后端还设置有由所述后支腿支撑的后锚固加强装置。

为进一步实现本发明，所述提升系统的起吊重心线与所述吊具的基础支架的几何中心线重合。

可选择地，还包括设置在所述支腿系统下方的行走系统。优选地，所行走系统上与所述支腿系统相抵靠处设置有承重加强装置。

优选地，所述吊具的基础支架和附加支架由钢板制成。

可选择地，所述吊具的附加支架设置在所述基础支架的侧面。

优选地，所述基础吊耳对称布置在所述基础支架下方，所述改制吊耳固定设置在所述基础支架下方的任意位置。

更优选地，至少两个所述吊耳之间的几何中心线与所述基础支架的几何中心线不重合。

与现有技术相比较，本发明具有如下优势：

(1)本发明的结构不对称物的起吊系统，利用经过重加工的吊具将悬臂吊机的起吊重心线、结构不对称物的实际重心线和结构不对称物的几何中心线进行协调，能够使该结构不对称物在起吊过程保持平衡，避免发生倾斜或摇摆；

(2)本发明的结构不对称物的起吊系统，可以根据实际施工需要选用多种悬臂吊机，减少对所选用的悬臂吊机的种类的限制；

(3)本发明的结构不对称物的起吊系统，当悬臂吊机的位置改变后，对该悬臂吊机增加与起吊平台加强固定的固定加强装置，有利于悬臂吊机的稳固性；

(4)本发明的结构不对称物的起吊系统，根据被起吊物的实际结构对所述吊具进行有针对性地增加附加支架和改变吊耳的位置，不仅对起吊场景有针对性，还降低了吊具的生产成本。

附图说明

图1为标准节段钢箱梁隔板分布示意图。

图2为现有的结构对称的吊具。

图3为使用图2所示的结构对称的吊具起吊钢箱梁时的状态示意图。

图4为现有的三角形不对称吊具及其使用状态示意图。

图5为本发明的结构不对称物的起吊系统的工作状态示意图。

图6为图5中α部分的放大示意图。

图7为图5中β部分的放大示意图。

图8为本发明的结构不对称物的起吊系统所使用的吊具的结构示意图。

图9为图8中第一附加支架的主视图。

图10为图9的A-A方向的视图。

图11为图9的B-B方向的视图。

图12为本发明的结构不对称物的起吊系统在起吊钢箱梁时的状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本实施例以用于拼装斜拉桥或悬索桥桥面的标准钢箱梁为例子，对本发明的结构不对称物的起吊系统进行详细描述。如图1所示的一个标准的钢箱梁Ⅰ的尺寸如下：该钢箱梁Ⅰ中心处高3.54m，长12m，顶板厚16mm和32mm(锚拉板处)，斜腹板厚12mm，底板厚12mm和16mm，所述顶板和底板采用U形肋闭合加劲，顶板U形肋厚8mm，底板U形肋厚6mm。

在此需要说明的是，由于该钢箱梁Ⅰ需要沿顺桥向方向(即图1中的上下方向)进行拼接延长，为了保证所述每一个钢箱梁Ⅰ在顺桥向方向上不发生下倾或上仰，优先考虑以横桥向方向(即图1中的左右方向)的轴线或参考面作为该钢箱梁Ⅰ的几何中心线Ⅰ1以用于保证起吊平衡，因此，下文中所涉及的“对称”和“不对称”都是基于平行于所述横桥向方向的几何中心线Ⅰ1。

所述钢箱梁Ⅰ的起吊方法包括以下步骤：

(1)几何中心线和实际重心线的计算。

结构不对称物的实际重心线的位置可以通过组合体重心计算方法获得，具体地根据以下公式进行计算：

式(1)中，m_i为所述结构不对称物各部分的重量，l_i为所述结构不对称物各部分分别基于一个预设的参考面的距离，m为该结构不对称物的总重量，X为该结构不对称物的实际重心线至所述参考面的距离。

进一步地，针对本实施例所述的钢箱梁Ⅰ，由于其构成表面轮廓结构的部分具有几何中心线Ⅰ1，因此，针对该钢箱梁Ⅰ的实际重心线的计算公式可以推演为：

式(2)中，m_1i为该结构不对称物中相对于其预设的对称轴/面具有对称结构的各部分的重量，L为该结构不对称物的总长度，m_2i为该结构不对称物中相对于所述对称轴/面不具有对称结构的各部分的重量，l_i为该结构不对称物中相对于所述对称轴/面不具有对称结构的各部分分别与所述参考面的距离，m为该结构不对称物的总重量，X为该结构不对称物的实际重心线至所述参考面的距离。

参考图1和图3，根据前述关于所述钢箱梁Ⅰ的结构组成，分别计算该钢箱梁Ⅰ的几何中心线Ⅰ1的位置、实际重心线Ⅰ2的位置以及所述实际重心线Ⅰ2相对于所述几何中心线产生的偏移方向和偏移距离D。

对于所述钢箱梁Ⅰ的几何中心线Ⅰ1的位置根据该钢箱梁Ⅰ的外轮廓的形状计算获得。

对于所述钢箱梁Ⅰ的实际重心线Ⅰ2通过所述式(2)计算获得，具体地，以该钢箱梁Ⅰ的背塔侧的端面为计算参考面，该钢箱梁Ⅰ的实际重心线Ⅰ2的位置按照下式进行计算：

(m_顶、底板+m_U形加肋+m_纵向隔板+m_{翼缘板加劲肋}+……)×L/2+[m_横隔板H1×(l₁+l₂+l₃)+m_横隔板H2×l₄]＝m_{钢箱梁总重}X，

其中，式中L为单节所述钢箱梁Ⅰ的长度，X为该钢箱梁Ⅰ的实际重心线至计算参考面的距离；进一步地，“m_顶、底板+m_U形加肋+m_纵向隔板+m_{翼缘板加劲肋}+……”为该钢箱梁Ⅰ中相对于所述参考面具有对称结构部分的总量和，“m_横隔板H1”“m_横隔板H2”分别为该钢箱梁Ⅰ中相对于所述参考面不具有对称结构部分的重量，“l₁、l₂、l₃、l₄”分别为上述不具有几何对称结构部分相对于所述参考面的距离，“m_{钢箱梁总重}”为该钢箱梁Ⅰ的总重量。

由此，所述偏移距离D＝L/2-X。在此定义桥梁的延长方向为前方(即图3中的右侧，左侧为后方)，并且以该钢箱梁Ⅰ的前端为计算参考面，若D的计算结果为正值，表明该钢箱梁Ⅰ的实际重心线Ⅰ2向前端偏移距离D(如图3所示)，若D的计算结果为负值，表明该钢箱梁Ⅰ的实际重心线Ⅰ2向后端偏移距离D。

(2)移动悬臂吊机1。

起吊施工要求起吊重心线必须与被起吊物的重心线重合，因此，参考图5，将基于所述钢箱梁Ⅰ几何中心线Ⅰ1预先固定在已完成拼装的钢箱梁Ⅰa和Ⅰb上的悬臂吊机1在所述偏移方向上进行整体移动，以使该悬臂吊机1的起吊重心线1a在所述偏移方向上移动所述偏移距离D，使该起吊重心线1a与钢箱梁Ⅰ的实际重心线Ⅰ2重合。

继续参考图5，所述悬臂吊机1包括悬臂支架11、架设在该悬臂支架11上的用于牵拉的提升系统12、设置在所述悬臂支架11底部的支腿系统13以及设置在所述支腿系统13下方的行走系统14。

本实施例中，所述悬臂支架11为菱形挂篮支架，该悬臂支架11包括首尾依次相接为菱形的上纵梁111、撑杆114、下纵梁112和拉杆113，还包括竖直设置在所述上纵梁111和下纵梁112之间的立柱115。

进一步地，所述提升系统12包括卷扬机121、设置在所述悬臂支架11上的定滑轮122和从所述卷扬机121引出的并且经过所述定滑轮122的吊绳123，所述吊绳123进一步地从所述上纵梁111的前端向下引出，用于与后述的吊具2连接，用于起吊待拼接的钢箱梁Ⅰc。

更进一步地，所述支腿系统13包括分别设置在所述下纵梁112前端的前支腿131和设置在该下纵梁112后端的后支腿132。

所述行走系统14包括锚固在所述已浇筑的钢箱梁Ⅰa和Ⅰb上的行走轨道141和牵拉装置(未图示)。

参考图5～7，所述悬臂吊机1初始固定在所述钢箱梁Ⅰa和Ⅰb时，所述前支腿131和后支腿132在行走轨道141上的支点下方都由钢箱梁Ⅰ的横隔板Ⅰ3所支撑，然而，当该悬臂吊机1进行移动后，所述前支腿131和后支腿132都有可能不再得到所述横隔板Ⅰ3的支撑，由此可能造成支点反力过大，也容易造成钢箱梁Ⅰ顶板局部被压屈，因此，为了提高该悬臂吊机1固定的安全系数，需要设置如下的加强装置：

1)承重加强装置142。如图6所示，该承重加强装置142设置在所述行走系统14上的与所述前支腿131相抵靠处。所述承重加强装置142包括设置在所述行走轨道141表面的横跨相邻的两个所述横隔板Ⅰ3上方的加强钢板1421、设置在前端的横隔板Ⅰ3上方的与所述加强钢板1421固定安装的马凳1422以及支撑在所述钢箱梁Ⅰ和行走轨道141之间的枕木1423。

所述承重加强装置142将所述前支腿131的反力分配到该前支腿131下方相邻的两个横隔板Ⅰ3上，避免所述前支腿131下方的钢箱梁Ⅰ的顶板因局部反力过大而发生变形，有效提高该悬臂吊机1固定时的安全性。

2)后锚固加强装置116。参考图7，该后锚固加强装置116设置在所述悬臂支架11的后方，并且由所述后支腿132支撑。本实施例中，所述悬臂吊机1向前端移动所述偏移距离D后，原来的后锚固装置的位置不随该悬臂吊机1的移动而移动，但是，为配合所述前移的悬臂支架11，需要对原来的后锚固装置改制为后锚固加强装置116，所述后锚固加强装置116包括承接在所述下纵梁112后端的延长梁1161、抵压在所述延长梁1161上方的后锚梁1163以及贯穿所述后锚梁1163直到所述延长梁1161的并且进行锚固的锚杆1162。优选地，为满足应力强度要求，所述延长梁1161设计为钢箱形式。

(3)制造专用的吊具2。

起吊施工过程中，还要求吊具的几何中心线与被起吊物的几何中心线重合，以进一步保证起吊平稳。但由于被起吊的所述钢箱梁Ⅰ的几何中心线Ⅰ1和实际重心线Ⅰ2之间存在偏移，因此，参考图8，需要重新设计与原来的具有对称结构的吊具Ⅱ不同的结构不对称的吊具2，所述吊具2包括起吊支架2A和若干个固定在该起吊支架2A下方的吊耳24。

具体地，所述起吊支架2A由钢板制成钢箱式结构，该起吊支架2A包括结构对称的基础支架21和设置在该基础支架21上的附加支架22，其中，所述基础支架21在左右方向上对称延伸，在该基础支架21沿着自身的几何中心线上开设有用于与所述悬臂吊机1的吊绳123连接的牵拉吊孔23。参考图8～11，所述附加支架22同样为钢箱式结构，本实施例中，该附加支架22连接在所述基础支架21左侧，该附加支架22从该基础支架21左半部分的顶部延伸到该基础支架21的左侧的边缘之外，该附加支架22的作用在于：其一，加长了该基础支架21的左侧，为设置所述吊耳24提供了加长的固定位置，其二，该附加支架22对该吊具2在进行起吊施工时起到平衡重量的作用。

本领域技术人员知晓，所述附加支架22的结构、数量和连接位置可以根据实际施工作业情况而进行调整，不限于本实施例所示的结构。例如，所述附加支架22可以连接在所述基础支架21的右侧；所述附加支架22也可以同时连接在所述基础支架21的左侧和右侧，但是连接在左侧的附加支架22的结构不同于连接在右侧的附加支架22的结构。

进一步地，所述吊耳24包括固定在所述基础支架21下方的对称布置的基础吊耳241、固定在所述基础支架21下方任意位置的改制吊耳242和固定在所述附加支架22下方的附加吊耳243。所述基础吊耳241可以成对设置，也可以根据实际施工作业情况使用任意一个。如图8所示，所述改制吊耳242包括固定在所述基础支架21下方的改制耳板2421以及开设在所述改制耳板2421下端的并且外露在所述基础支架下方的吊圈2422；所述改制耳板2421通过分别开设在所述基础支架21上表面和下表面的焊接槽(未图示)竖直贯穿所述基础支架21，并且利用所述焊接槽进行焊接固定。如图9～11所示，所述附加吊耳243包括竖直贯穿所述附加支架22并且与该附加支架22固定连接的附加耳板2431，以及开设在所述附加耳板2431下端的并且外露在所述附加支架22下方的吊圈2432。

优选地，所述基础吊耳241、改制吊耳242和附加吊耳243的吊圈都设置有加强圈。更优选地，所述基础吊耳241、改制吊耳242和附加吊耳243平齐布置。

所述基础吊耳241、改制吊耳242和附加吊耳243中的至少两个之间的几何中心线必须与所述钢箱梁Ⅰ的几何中心线Ⅰ1重合，进一步地，所述基础吊耳241、改制吊耳242和附加吊耳243中的至少两个之间的几何中心线与所述基础支架21的几何中心线不重合，从而保证所述吊具2具有符合实际施工要求的不对称结构。

(4)组装起吊系统并且进行起吊。

如图5所示，以所述悬臂吊机1和吊具2组成起吊系统，将所述吊具2通过所述吊耳24与所述钢箱梁Ⅰ进行固定连接，将所述吊具2通过所述牵拉吊孔23与经过移动的所述悬臂吊机1进行固定连接。此时，如图12所示，所述悬臂吊机1的起吊重心线1a与钢箱梁Ⅰ的实际重心线Ⅰ2重合，所述吊具2以左侧的附加吊耳243和右侧的改制吊耳242作为工作吊耳，这两个吊耳的几何中心线2a与钢箱梁Ⅰ的几何中心线Ⅰ1重合。在检查所述起吊系统的连接安全性后进行起吊作业。

综上所述，本发明结构不对称物的起吊系统适用范围广，易于实现，吊具加工成本较低。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结构不对称物的起吊系统，其包括悬臂吊机和悬挂在所述悬臂吊机上的用于与所述结构不对称物固定连接的吊具，所述吊具包括起吊支架和设置在该起吊支架下方的多个吊耳，其特征在于：所述起吊支架包括结构对称的基础支架和设置在该基础支架上的附加支架；所述多个吊耳包括固定在所述基础支架下方的基础吊耳和固定在所述基础支架下方的改制吊耳；所述吊具的附加支架设置在所述基础支架的侧面，所述多个吊耳进一步包括固定在所述附加支架下方的附加吊耳。

2.如权利要求1所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：所述悬臂吊机包括悬臂支架、架设在该悬臂支架上的用于牵拉所述吊具的提升系统以及设置在所述悬臂支架底部的支腿系统。

3.如权利要求2所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：定义所述悬臂支架牵拉所述吊具的一端为前端，远离所述吊具的一端为后端；所述悬臂支架为菱形挂篮支架，所述支腿系统包括设置在该菱形挂篮支架下方的前支腿和该菱形挂篮支架下方的后支腿。

4.如权利要求3所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：所述悬臂支架的后端还设置有由所述后支腿支撑的后锚固加强装置。

5.如权利要求2所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：所述提升系统的起吊重心线与所述吊具的基础支架的几何中心线重合。

6.如权利要求2所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：还包括设置在所述支腿系统下方的行走系统。

7.如权利要求6所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：所述行走系统上与所述支腿系统相抵靠处设置有承重加强装置。

8.如权利要求1所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：所述吊具的基础支架和附加支架均由钢板制成。

9.如权利要求1所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：所述基础吊耳对称布置在所述基础支架下方，所述改制吊耳固定设置在所述基础支架下方的任意位置。

10.如权利要求9所述的结构不对称物的起吊系统，其特征在于：至少两个所述多个吊耳之间的几何中心线与所述基础支架的几何中心线不重合。