四脚空心方块新型吊具的设计与应用

赵 超，李长锁

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

深圳海上运动基地工程需预制安装四脚块3 112块，在移运、安装过程中需要大量的吊装，四脚空心方块移运、安装通常采用块体平放，然后穿纲丝绳兜脚或用钢钩钩底的起吊方法。此方法施工麻烦，效率低，消耗人工较多，而且容易损坏块体的棱角。采用新型四脚空心方块吊具，具有施工方便，效率高，不易损坏块体的棱角的特点。

1 吊具结构设计

新型吊具外观呈现圆筒状，圆筒上部沿筒壁横截面方向设置4个吊孔，由钢丝绳和卡环配合吊运，圆筒的底部沿圆筒直径等距离焊接4个卡头，对角卡头的距离略小于四脚空心方块中部空心部分（截面一般为正方形）对角线距离，安放时将圆筒的4个卡头对准方块中间空心正方形部分的4个角点，另外在圆筒的内部靠近底部焊接1 cm厚的钢板，钢板的正中间设置吊孔，在斜坡面安装四脚空心方块时，采取该吊孔，吊起的四脚空心方块可自然成倾斜状，方便防波堤或护岸斜面安装。见图1。

吊具在放入四脚空心方块中后，待卡头穿过空心方块的下底板面后，旋转圆筒，使卡头对准方块中间空心正方形部分的四边中点，开始起吊，完成起吊后再旋转，取出圆筒，依次操作。使用方法如图2。

选择吊具上部两对称的吊孔，用卡环将吊具与钢索相连接，与吊机主勾相连后即可以将四脚空心方块平式起吊，当使用一条钢索与内置钢梁中吊孔相连接时，起吊离地后由于块体重心与吊点不一致，此时块体斜向一侧，实现斜式起吊。平式起吊一般用于转运、安装四脚空心方块，而斜式一般用于防波堤、护岸迎水面块体的安装，如图3所示。

2 尺寸确定

根据JTS257—2008[1]，实际预制的四脚空心方块中空矩形边长是：L=L设±10，即398≤L≤418。

2.1 吊具直径的确定

为保证所制吊具能顺利吊装四脚块，吊具圆筒直径必须小于符合规范的最小内径四脚块空心的边长即：

根据无缝钢管的规格尺寸表[2]确定圆筒采用Q235碳素钢，规格为377 mm×6 mm。

2.2 圆筒高度的确定

圆筒中心区域为四脚块的安装区域，其上部为索具的区域，下部为卡头的位置，综合考虑各种因素，其长度L＞L1+L2+L3=666 mm，取L=660 mm。

2.3 卡头尺寸的确定

卡头为四脚块与吊具的接触区域，其外形尺寸如图1所示，为达到能顺利装入且吊装时不滑出的目的，卡头尺寸为：

取卡头长55 mm。

2.4 内置横梁的尺寸确定

内置横梁示意图见图1，为增加与圆筒的连接，保证吊具的安全，内置横梁，两端通过焊接在钢管底部，穿过钢管一段长度，其伸出部分用来加强两端卡头强度，横梁高度为h=60 mm，钢板厚度为b=10 mm。

2.5 其他尺寸的确定

吊具使用时采用卡环与两条钢索连接，为保证安全每一吊孔配4 t的卡环，经查询卡环螺杆直径为φ20，因此吊孔开孔为φ22。

3 强度计算

深圳海上运动基地四脚空心方块的重量P=3.38 t，吊具钢材采用Q235，许用拉应力 [σ]=190 MPa；许用剪应力 [τ]=110 MPa；钢材的屈服点fy=215 MPa[2]，每个卡头与钢圆筒焊接成为一体，焊接接头本身力学性能不均匀，焊接接头部位所受工作应力分布不均匀，为安全考虑，分别对圆筒及卡头材质、焊接接头强度进行计算，实际使用中单个卡头承受极限荷载为块体的一半即p=P/2。

经计算，圆筒及卡头的材质强度均符合要求。

卡头与钢圆筒采用45°联合搭接焊接，角焊缝都是在切应力作用下破坏的[4]，卡头焊接及受力情况见图4，由受力分析可知，卡头既是受拉，又是受弯矩的搭接接头。

τ切=τ拉+τ弯=38.8 MPa＜66 MPa=n× [τ]，强度符合要求。

式中：n为工作条件系数0.6[5]。

4 结语

新型吊具的制作成本较低，约在500元左右，在使用中仅需要1名工人操作即可，实际起吊四脚空心方块7 000余次，节省人工成本4万元左右，吊具安全可靠，无变形损坏，不影响块体的外观质量，但由于重量稍大，需要吊机默契配合操纵工人才能将吊具运用自如。

[1]JTS257—2008，水运工程质量检验标准[S].

[2]GB/T 8162—2008，结构用无缝钢管[S].

[3] 何庭蕙.工程力学[M].广州：华南理工大学，2007.

[4] 贺才春，傅伟.焊接的疲劳应力分析[J].焊接，2004（5）：10-13.

[5]YZB 250—89，焊缝强度计算公式[S].