罗明勇
（四川公路桥梁建设集团有限公司，四川，成都，610041）
【摘 要】荆岳长江公路大桥第I合同段预制场内龙门架横梁断面设计为倒三角桁架。在试运行期间，发现龙门架在起动和制动时，龙门架横梁跨中会出现较大的扭转变形。经过分析，采用在龙门架横梁上设置φ12的钢筋斜撑的办法，增大了横梁的抗扭刚度，解决了龙门架起动和制动时的扭转问题。该方法简单易行，为同类工程的设计与施工提供了借鉴和参考。
【关键词】龙门架；横梁；扭转
1．概况
荆岳长江公路大桥第1合同段预制场工作龙门架所有杆件均采用型钢进行加工，龙门架计算跨径为34.5m，高为9.1m，用于拆卸梁板的模板和运输混凝土吊罐。龙门架的基本参数主要为：吊重50kN,吊具自重5kN,动载系数1.2,龙门架横梁自重系数1.1，起升装置及分配梁5kN。
龙门架的立柱采用2[28b的槽钢组合形成的箱形断面，斜拉杆为[14B构成，横梁上弦杆采用I32b工字钢构成，上弦采用2I20b的工字钢，斜腹杆采用[14b的槽钢（图1、图2），为单梁式龙门架。
单梁桁架式龙门架上部主梁根据受力情况，做成矩形截面，这种断面形式适合大车运行速度较高、悬臂较长、起重量较大的情况；断面为三角形分布的桁架是平面桁架为增加空间宽度，侧向刚度的最经济形式，将平面桁架的上限杆一分为二，而使一般作为压杆的上弦杆有了一定的侧向刚度。
该工作龙门架的静力计算结果见表1。
从表中可看出龙门架的应力水平较低，并具有良好的安全储备。
2．横梁桁架跨中出现扭转的成因及分析
在龙门架拼装调试完成后，进行了试吊。试吊过程中，发现静荷载试吊结果与设计计算较吻合，但进行动荷载试吊过程中，龙门架在启动或制动时，横梁桁架跨中均出现明显的扭转现象，容易造成弯扭失稳，同时扭转造成的振动将直接降低龙门架金属构件的疲劳寿命。
龙门架横梁在制动时，横梁扭转主要是由于横梁桁架的抗扭刚度较差，在制动时无法抵御横梁产生的水平惯性荷载。
2.1 桁架抗扭刚度
在没有斜杆的情况，空间上存在没有约束刚度的桁架面，因此在靠近支腿的两端为闭合截面的约束扭转，横梁中间桁架近似于自由扭转，闭合截面的抗扭刚度计算式如下（图3）
式中： 为闭合截面在任意位置的厚度； 为闭合截面的面积； 截面任意位置中和轴上的微小长度。
按抗剪刚度相等的原则，可得连续化的拟腹板厚度：杆件细长比小于5时，应将杆件作为桁架。I-I平面未设置斜杆，因此，由2根上弦杆的I20b工字钢和横梁的[8的槽钢构成了水平的“刚性框架”，其水平连接杆起着刚性连杆的作用。结构中仍然由上下弦杆来承受总弯矩，为了在无斜腹杆的情况下，仍能抵抗剪力，该弦杆除了承受轴向压力或拉力外，还得承受剪力。由于弦杆与剪力方向垂直，所以弦杆必须以局部弯曲来传递剪力，本龙门架上弦杆工字钢的局部弯矩方向，又是工字钢的弱轴方向，因此横向变形比较大，而横向联系仅采用[8的槽钢，没有足够的刚度和强度来抵御节点的转动，无法简化成上述的拟腹板形成桁架的抗扭刚度。抗扭刚度的不足，导致了龙门架在制动和启动时会因水平惯性荷载而导致横梁扭转。
2.2结构薄弱环节的识别
龙门架结构通过动力分析检查出结构的薄弱环节，对原设计的龙门架进行自振频率分析，发现自振频率仅为0.912HZ，远小于起重机设计规范的2HZ～4HZ，同时第一阶振动模态即为扭转，和实际龙门架实际试车的结果吻合。
从龙门架横梁桁架与支腿的相对位移的幅频特性和其动柔度实部的贡献计算值可知：龙门架的第一阶模态（Hz）具有最大的矢量幅值和最大负实部。它影响了龙门架的稳定性，是该龙门架的主要薄弱环节。第一阶模态反映了原设计的龙门架横梁的抗扭刚度非常弱，需要对抗扭刚度进行加强，加强后载验证其动力特性。
3．工程处理
3.1 处理办法
结构的刚度、阻尼荷质量就构成了结构修改的3个基本参数。在结构修改中，这3个变量是相互关联的，本龙门架的横梁抗扭刚度的敏感度最大，因此采用修改刚度的方法，对龙门架的动力特性进行了修改。对横梁抗扭刚度的修改的具体方法最简单的方法是在倒三角桁架顶平面的每一个矩形框架内架设φ12钢筋构成的斜杆。使之在该平面能顺利传递抗扭所需要的剪力。
3.2 结构动力性能分析
GB/T3811—2008 《起重机设计规范》动态刚度规范的允许值在跨中的自振频率要求为2HZ～4 HZ，该龙门架在修改抗扭刚度后，自振频率3.11，属于规范动刚度的容许范围内，同时对该工作龙门架的线弹性稳定性进行了计算，结果见表2。
4．处理后效果
荆岳长江公路大桥第一合同段预制场工作龙门架经过上述动力性能修改后，进行了再次试车。
4.1 运转试验
4.1.1 静负荷试车
起升负荷（逐渐增至额定负荷），吊点固定在桥架中间。卸去负荷，使小车停在桥架中间，写出测量基准点。起升1.1倍额定负荷，离地面100mm左右，停悬10min，然后卸去负荷，检查桥加有否永久变形，最多在3次检查后不再产生永久变形时，将小车开至跨端，检查实际上拱值要大于0.7L/1000。最后使小车仍停在桥架中间，起升额定负荷检查主梁挠度值小于L/800＝4.3cm。
4.1.2 动负荷试车
起升1.2倍额定负荷作动负荷试车。同时开动2个机构作正反向运转，按工作级别A3设置间歇时间。各机构应动作灵敏，工作平稳可靠，并检查限位开关和保护、联锁装置的可靠性。
4.2 试车效果
静负荷试车的结果表明，该工作龙门架在1.1倍荷载下挠度为3.9cm，与静力计算吻合较好。进行动负荷试车时，包括龙门架横梁在内的桁架整体工作平稳，无任何扭转现象发生，龙门架的扭转参数修改取得了立竿见影的效果。
5．结束语
荆岳长江公路大桥预制场工作龙门架的制动扭转的处理经验，为其他同类型结构的设计和施工提供了参考和借鉴。同时也提醒了我们在施工方案设计时，应加强对结构抗扭性能的校核。
参考文献：
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[5]国家质量监督检疫检验总局.GB/T 3811—2008 起重机设计规范[S].北京：国家标准出版社，2008.
论文作者:罗明勇
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年3月总第208期
论文发表时间:2016/6/13
标签：龙门论文; 刚度论文; 横梁论文; 桁架论文; 负荷论文; 结构论文; 截面论文; 《工程建设标准化》2016年3月总第208期论文;