铁８８ 道建筑 Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 文章编号：１００３．１９９５（２０１３）０６—００８８—０３ 地下连续墙钢筋笼滑吊骨架承载力验算 杨天鸿 （中国铁建十二局集团第二工程有限公司，山西太原０３００３２） 摘要：通过对现场起吊地下连续墙钢筋笼时受力形式的分析，研究出用结构力学准确计算钢筋笼桁架骨 架受力的方法。可以用来确定桁架ｗ形腹筋参数及加固范围，并验算起吊过程中钢筋笼骨架的抗弯、 抗剪承载力，确保单台吊车将钢筋笼从水平状态吊起竖立。该方法适应在城市地铁车站施工，让地下连 续墙钢筋笼起吊变得更简便、安全，占用场地更小且减少机械租赁成本。 关键词：地下连续墙 钢筋笼 滑吊 桁架承载力 单台吊车 中图分类号：Ｕ４５５．４５ ２ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—１９９５．２０１３．０６．２６ １ 工程概况 长沙地铁五一广场站位于长沙市五一大道与黄兴 中路道路交叉口下，地铁２号线与１号线呈“十”字形 ２钢筋笼起吊的受力规律与破坏形式 五一广场站钢筋笼单台吊车起吊时，主钩吊绳悬 挂铁扁担，钢丝绳穿过铁扁担上的五个滑轮分别连接 岛式换乘。２号线主站体顺五一大道东西向布置，１号 线主站体顺黄兴中路南北向布置。２号线主站体围护 结构采用１ ０００ ｍｍ厚地下连续墙，连续墙深３１．５ ｍ， 共７２槽段，单幅连续墙钢筋笼质量约３６ ｔ；１号线主站 体围护结构采用８００ ｍｍ厚地下连续墙，连续墙深 在钢筋笼顶部和中部吊点上，多组葫芦同时工作，使钢 筋笼的起吊角度逐渐趋向垂直，最终竖直提起，见图 １。起吊过程中是以钢筋笼中桁架筋作为受力单元，每 榀桁架由上下部主筋和ｗ形腹筋（以下称ｗ筋）形 成，多榀桁架之间通过剪刀筋相连接形成一个整体受 力的吊装骨架。纵向钢筋和水平钢筋通过梅花电焊形 成网片连接在骨架上。当钢筋笼骨架受力时由ｗ筋 承受剪力，并由上下网片辅助桁架上主筋承受弯矩与 轴力 ２２．２３ ｍ，共１３２槽段，单幅连续墙钢筋笼质量约３０ ｔ； 明挖区间段围护结构采用１ ０００ ｍｍ厚地下连续墙，连 续墙深约３７ ｍ，共３９槽段，单幅连续墙钢筋笼质量约 ４２ ｔ，钢筋笼最长达４２．８９ ｍ。除了标准的方形笼以外， 还有转角部位的异形笼如Ｔ形笼、ｚ形笼、Ｌ形笼等，以 及车站端头部位使用玻璃纤维筋的大宽度钢筋笼。实 际施工中，３０ ｍ以上钢筋笼全部采用单台吊车起吊。 连续墙钢筋笼从制作、起吊直至放置到位所耗费 的成本占连续墙成本的一半以上，且安全风险大。目 前施工单位的钢筋笼吊装方案中验算的内容主要为吊 具、吊点与吊车；而在钢筋笼吊装的施工现场，起吊失 败的原因几乎都是钢筋笼骨架失稳。以长沙地铁五一 广场站为例，因为场地有限的关系大部分钢筋笼采用 单台吊车起吊，虽然未出现严重事故，但是起吊钢筋笼 时桁架筋的局部破坏频繁发生。为了满足连续墙施工 图１ 钢筋笼单台吊车起吊 ２．１ 吊起过程中吊绳力与地面反力的变化 中钢筋笼吊装更安全、更快速且占地更小的实际要求， 施工人员必须掌握单台吊车起吊钢筋笼时，其骨架在 起吊过程中受力的变化及其验算方法。 钢筋笼从水平平躺到竖立悬吊的过程中，随钢筋 笼体与地面夹角即起吊角度的变化，地面反力的变化 存在极值。从钢筋笼微微抬起到旋转到大约７０。角之 前，地面反力增大；在达到峰值后，地面反力迅速减小 直至钢筋笼吊离地面。滑轮上吊绳的受力规律正好相 反，先减小后急剧增大。 收稿日期：２０１２．０８．２０；修回日期：２０１３—０２—２５ 作者简介：杨天鸿（１９８７一），男，浙江杭州人，工程师。 ２０１３年第６期 杨天鸿：地下连续墙钢筋笼滑吊骨架承载力验算 ８９ ２．２滑吊中钢筋笼弯矩分布 钢筋笼起吊过程中，由于滑轮的摩擦阻力很 小，滑轮两端吊绳力可以认为相同，与竖直向夹角 亦相同。一台吊机单排滑轮起吊过程中弯矩分布图 为双峰形式，钢筋笼全范围为正弯矩，即下层钢筋 受拉。 ３ 计算模型 ３．１受力分析 钢筋笼只承受三种力即地面反力 ，吊绳力Ｆ和 自身重力Ｑ ，在同一平面内没有多余约束，属于静定 问题。其中Ｆ 的方向始终朝上，Ｑ 的方向则始终朝 下，Ｆ的方向随钢筋笼起吊角度的变化而变化（见图 ２）。由于滑轮的摩擦阻力很小，可以假定滑轮两侧吊 绳的力都为Ｆ。假设不存在地面摩擦力和风力，只有 地面力、吊绳力和钢筋笼重力，三者平衡。可以列出竖 图２钢筋笼吊绳夹角与起吊角关系示意 向力平衡方程，求解外力后即可计算钢筋笼承受的 弯矩。 ３．２几何分析 由于滑轮起吊的特殊性，滑轮能在钢绳上自由滑 动，当钢筋笼抬起角度 变化时，吊绳与钢筋笼之间 夹角也同时变化，这是钢筋笼受力计算中的难点。通 过分析发现，假定吊绳长度不变，起吊过程中铁扁担上 滑轮中心的轨迹是椭圆，如图３。钢筋笼吊装过程中 起吊角度０和和吊绳夹角 之间的几何关系式 （Ｌ／２＋ ）ｃｏｓ ＝Ｌ。ｓｉｎＯ ３．３编程计算 图３钢筋笼起吊过程 如果采用ＭＡＴＬＡＢ编程的方式求解钢筋笼内力 及外力，则有以下流程，如图４。根据现场情况将设计 图纸的参数代人程序。 图４计算流程示意 ４工程删黼５４ｍ￣ 。以五一广场站连续墙的二期钢筋笼为例，其Ｃ型 墙二期钢筋笼长为３０．３ Ｉ１１，宽６ ｎｌ，Ｗ筋角度为设计 场吊车测量，钢筋笼吊起时的质量为４０．３ ｔ，吊具（铁 扁担、吊绳、扣环）质量为８ ｔ。 铁道建筑 得到Ｌ＝３０．３ ｍ，ｍ＝３８ ｔ，Ｘ：２ ｍ，ｈ＝１．０２ ｍ， 自相邻的两根纵向钢筋以外的应力都可忽略不计，可 得到 ＝合力／５×（３×２ Ｘ ０．１）／合力：０．１２。 然后放人剪刀筋、水平钢筋和纵向钢筋，同一截面 Ｌ ：３４ ｍ，假设钢筋笼质量平均分布，吊车吊绳始终保 持垂直，钢筋笼与地面之间没有摩擦力作用。将已有 参数代入公式，进行编程计算后可以得到如下结果。 ４．１ 吊绳力Ｆ和地面反力 内，计算得到的剪刀筋上的应力是桁架上主筋的０．２５ 倍，与剪刀筋相交的桁架主筋以外其他钢筋的应力是 桁架上主筋的０．１倍，共６根，其他可忽略不计。可得 地面反力 随钢筋笼吊立角度而变化，地面反力 开始为１１５ ｋＮ左右，随吊起角度变大而增大，达到最 大值１５８ ｋＮ后，迅速减小直至被提起。钢丝绳上的拉 力则正好相反，随钢筋笼起吊而逐渐减小，在弧度为 到 ＝合力／５×（０．２５／１．４１４ Ｘ ２＋６×０．１）／合力： ０．１９。可以作如下假设：钢筋笼起吊计算时，焊接良好 的剪刀筋可以等效为与受力主筋共同承受弯矩产生的 Ｉ．３１８即角度７０。时，吊绳力最小达到Ｉ１２．８ ｋＮ，之后 吊绳力急剧增大，进入吊起状态。将计算得到的地面 反力最大值与实际的地面反力最大值比较，分别为 １５８ ｋＮ与２０３ ｋＮ，偏差的主要原因为起吊过程中由于 吊车司机操作原因，铁扁担上方吊绳未能在吊车推移 过程中始终保持垂直。 ４．２ 钢筋受压力ｍａｘ（Ｍ／ｈ＋』ｖ），Ⅳ】，Ⅳ２ 钢筋笼底部ｗ筋轴力Ｎ 在起吊后一定角度达到 最大值，本例中在弧度０．４７即角度２７。时，达到最大 值１７８．４ ｋＮ，上部ｗ筋轴力Ⅳ２在弧度０．２７２ ６即角度 １５．６。时，达到最大值１９７ ｋＮ。桁架受力主筋沿长度 方向的最大轴力ｍａｘ（Ｍ／ｈ＋Ⅳ）在弧度０．４２４即角度 ２４．３。时，达到最大值８７５．１ ｋＮ。再将该角度代入原公 式，可知破坏位置在中点向上３ ｍ，即最大弯矩处。 ４．３最大弯矩肘 当起吊角约为０时，在距离笼底１９．９ ｍ的位置有 最大弯矩６６７．５ ｋＮ・ｍ。 ４．４骨架参数选定 ４．４．１ 桁架ｗ筋剪力承载力的验算 由于二期槽钢筋笼设计ｗ筋为６２０钢筋，无法满 足单台吊车吊装要求，经抗剪承载力验算，确定选用 ６２５钢筋作为ｗ筋。ｗ筋与主筋夹角为５０．４３。，并对 两端端头增加ｗ筋进行加固，角度加固范围为上下端 各６ １１１，加固钢筋采用４，２５。 效益分析：二期钢筋笼共增加钢筋用量０．６２６ ｔ， 远远小于增加一台吊车所需要的租赁费用，且减少了 场地占用，增加了连续墙强度，简化了吊装程序。 ４．４．２ 桁架主筋弯矩承载力验算 桁架承受弯矩时可以将轴力传递到覆盖在桁架筋 上的钢筋网片上，确定钢筋笼上主筋帮助桁架上主筋 受力的增益系数７是该承载力验算的关键。其中 的 意义在于：Ｎ合× ＋Ｎ桁架＝Ｎ台，通过ＡＢＡＱＵＳ软件建 立有限元模型。首先，只放入水平钢筋和纵向钢筋，经 过计算得到，唯有中间三排桁架上相邻两根纵向钢筋 上的应力是桁架上主筋的０．１倍，其它纵筋上的应力 是桁架主筋的０．０１倍，故除中间三根桁架上主筋和各 轴力。经验算后，满足吊装要求。 ５结论及展望 计算分析发现，通过该方法计算得到的钢筋笼内 力的变化规律与实际起吊过程中的受力变化相符合， 且通过承载力验算得到的桁架筋参数取值能够满足实 际的起吊要求。 本文是通过对钢筋笼起吊的分析发现起吊过程中 铁扁担上的滑轮是绕钢筋笼做椭圆运动，以此作图找 到吊绳与钢筋笼之间的几何关系，使得钢筋笼滑吊吊 装骨架受力计算问题得以解决。 通过数学软件编程计算受力方程得到：①吊绳力 与地面力随起吊角度变化图；②吊点及地面点位置的 桁架ｗ筋轴力随起吊角度变化图；③沿长度方向桁架 主筋轴力最大值随起吊角度变化图；④水平时沿长度 方向钢筋笼最大弯矩随吊点位置变化图。 通过②、③可以验算钢筋笼抗剪、抗弯承载力，确 定桁架参数。通过④可以帮助确定合适吊点位置。 本文只介绍了单台吊车滑吊吊装标准型钢筋笼的 承载力的验算方法，并未考虑地面摩擦力和钢筋笼体 的重力不均匀的情况。而且缺少两台吊车起吊钢筋笼 以及异形笼吊装的承载力计算分析。希望在现实中， 根据不同的钢筋笼型号、不同的吊装方法进行钢筋笼 吊装验算，补充钢筋笼吊装方案。 参 考 文 献 ［１］刘蓉华．结构力学［Ｍ］．成都：西南交通大学出版社，２００７： １—３０． ［２］丛蔼森．地下连续墙的设计施工与应用［Ｍ］．北京：中国水 利水电出版社，２００１：３５—５０， ［３］王志骞．钢结构设计［Ｍ］．北京：科学出版社，２００９：３０—６０． ［４］刘对勤．ＭＡＴＬＡＢ ７．０实用教程［Ｍ］．１版．北京：机械工业 出版社，２００９：１—５０． ［５］刘展．ＡＢＡＱＵＳ ６．６基础教程与实例详解［Ｍ］．１版．北京： 中国水利水电出版社，２００８：５０—２００． （责任审编赵其文）
