1、工程建设Engineering Construction第 55 卷第 2 期2023 年 2 月收稿日期:2022 03 14作者简介:戴海峰(1989)，男，工程师，从事岩土工程设计咨询方面的研究工作。地下连续墙钢筋笼吊索受力分析及计算方法戴海峰(上海勘察设计研究院(集团)有限公司，上海 200093)摘要:随着基坑开挖深度的增加，地下连续墙围护形式广泛地被采用，其中，墙体钢筋笼吊装作业是项目实施的主要工序。为研究钢筋笼吊装过程中吊索受力情况，本文针对等吊点间距设置双机抬吊过程建立相应的力学模型，分析了起吊过程中吊索拉力的变化。结果表明:对于前吊索，吊装过程中吊索拉力随起吊角度不断变化，最
2、大吊索拉力可采用水平位置处拉力乘以放大系数(1.30)计算，后吊索最大拉力可根据钢筋笼自重和横向起吊点数量计算。基于吊索受力分析结果，编制了不同吊点设置条件下最大吊索拉力求解步骤和配套的吊索夹角求解图，可为技术人员对吊装方案的计算复核提供参考。关键词:钢筋笼;吊索受力;力学模型;双机抬吊中图分类号:TU892文献标识码:A文章编号:1673 8993(2023)02 0048 08doi:10.13402/j.gcjs.2023.02.022Mechanical analysis and calculation method of slings in the lifting processof
3、 the reinforcement cage in dnderground diaphragm wallDAI Haifeng(SGIDI Engineering Consulting(Group)Co.，Ltd.，Shanghai 200093，China)Abstract:With the increase of foundation pit excavation depth，underground diaphragm wall is widely adopted，andthe lifting operation of reinforcement cage is the main pro
4、cess of the project implementation.In order to study thetension force of slings in the process of reinforcement cage lifting，a mechanical model is established aiming at theprocess of double-machine-lifting with equal lifting point spacing，and the change of tension force in lifting process isanalyzed
5、.The results show that for the front slings，the tension force of slings varies with the lifting angle during thelifting process，the maximum tension force of slings can be calculated by multiplying the tension force of the horizontalposition by the amplification factor(1.30)，the maximum tension force
6、 of the rear slings can be calculated accordingto the weight of the reinforcement cage and the number of lateral lifting points.Based on the mechanical analysis ofslings，the solution procedures for the maximum tension force of slings under different lifting point setting and thesolution diagram of t
7、he included angle of slings are presented，which can provide references for technicians to calculateand recheck on the lifting scheme.Key words:reinforcement cage;tension force of slings;mechanical model;double-machine-lifting近年来，随着城市地下空间开发规模的不断增长，基坑开挖深度不断增加，对周边环境的保护要求愈加严格。对于较大开挖深度和周边环境保护要求严格的深基坑工程，地
8、下连续墙由于其刚度大、整体性好、防水性能优的特点，在开挖过程中能够有效控制支护结构变形和涌水涌砂等风险，日益成为主要应用的围护结构形式 1。钢筋笼的吊装一直是地下工程施工过程中的重大风险，目前对于地下连续墙钢筋笼吊装方案一般由施工单位项目部技术人员进行编制，多数根据之前经验进行吊点设置并配以简单计算校核，其计算方法一般仅能考虑笼体水平时的受力情况，且842023 年第 2 期戴海峰:地下连续墙钢筋笼吊索受力分析及计算方法对于钢丝绳角度计算等的简化方法也与吊装过程中的实际情况存在较大出入 2 3。鉴于以上问题的存在，众多学者对于此进行了深入研究。朱大宇4 对 GFP 钢筋笼整个吊装过程进行了有限
9、元建模分析和现场实测，并将有限元分析结果与现场实测数据进行了比较。杨宝珠等5 建立了超深地下连续墙钢筋笼三维有限元模型，对超长钢筋笼在不同起吊工况情况下一次吊装入槽的吊装过程进行了模拟分析。高绍武等6 在有限元分析中对滑轮的运动进行模拟，避免了传统方法由于钢筋笼自身变形带来的误差，并应用多目标优化软件对吊点位置进行优化。温裕春等7 以钢筋笼从水平到竖直的起吊过程中 4 种工况建立了能够模拟动态吊装过程的有限元模型，根据数值模拟结果分析动力效应影响下的笼体受力规律，确定了吊装过程的最不利工况。当前，已有研究一般需要利用有限元软件进行建模和求解，然而其过程复杂，一般技术人员难以掌握。本文从地下连续
10、墙钢筋笼吊装过程的绳索受力入手，推导不同吊点设置情况下绳索夹角的求解方法，在此基础上对双机抬吊过程中吊索受力进行分析，并提出基于查图表和简单公式计算的吊索最大拉力求解方法，以便于技术人员应用。1不同吊点设置情况下绳索受力分析地下连续墙钢筋笼起吊一般采用两台重型吊车(前吊和后吊)配合以双机抬吊的方式将笼体从水平位置翻转至直立状态，然后由主吊下放至槽壁内。对于单台吊车，同一纵截面上钢丝绳吊点设置一般为两个或三个。以下将对不同吊点设置数量的情况分别进行分析，确定钢丝绳索夹角与起吊角度的数学关系。1.1单机双吊点设置情况下绳索受力分析对于立面双吊点设置情况，由于吊装过程中吊机钢丝绳保持竖直方向，在滑轮
11、两侧的钢丝绳拉力相等，根据滑轮节点处受力平衡分析可知，滑轮两侧的钢丝绳与竖直方向的夹角必然相等，吊装过程中受力分析如图 1 所示。图中:a 为滑轮一侧钢丝绳长度，m;b 为滑轮另一侧钢丝绳长度，m;c 为滑轮中心铅垂线与钢筋笼顶面所在直线交点到一侧吊点的距离，m;d 为交点到另一侧吊点的距离，m;为滑轮两侧钢丝绳与竖直方向的夹角，();为钢筋笼顶面与竖直方向的夹角，();为钢筋笼的起吊角度，()。T1为钢丝绳索拉力，kN;T 为吊钩承担的总起重荷载，kN;为左侧吊索与钢筋笼夹角，();为右侧吊索与钢筋笼夹角，();为钢筋笼的起吊角度，();L 为吊索总长度，m;M 为吊点设置距离，m。由三角形
12、正弦定理可得:图 1两吊点吊装过程受力分析bsin=dsin(1)asin(180 )=csin(2)将式(1)和式(2)相比即有:ab=cd(3)由于吊点间距离和绳索长度在起吊过程中保持不变，即有:a+b=L(4)c+d=M(5)式中:L 为绳索总长度，m;M 为吊点设置距离，m。将式(1)和式(2)相加，则有:Lsin=Msin(6)由平面几何关系可得:=90 =90 =90+(7)94工程建设第 55 卷第 2 期则式(5)可转换为sin=MLcos(8)则对于双吊点设置情况，钢丝绳与竖直方向的夹角 可以根据起吊角度、钢丝绳长度 L和吊点设置距离 M 确定。由三角形正弦定理可得:fsin
13、(90+)=dsin(9)fsin(90 )=csin(10)式中:f 为钢丝绳顶点到铅垂线与钢筋笼顶面交点的距离，m。将式(8)与式(9)相比可得:dc=cos(+)cos()(11)对应的钢丝绳长度及交点到吊点距离均可以表示为以上 3 个变量的函数:a=L2(1+MsinL2 M2cos2)b=L21 MsinL2 M2cos2()c=M2(1+MsinL2 M2cos2)d=M21 MsinL2 M2cos2()f=L2 M22L2 M2cos2(12)其中，c、d 的数值可用于确定合力 T 作用点位置。则钢丝绳承担的拉力为T1=T2cos=TL2L2 M2cos2(13)1.2单机三吊
14、点设置情况下绳索受力分析三吊点吊装过程受力分析如图 2 所示。图中:a1为主吊索滑轮左侧钢丝绳长度，m;b1为主吊索滑轮右侧钢丝绳长度，m;a2为副吊索滑轮左侧钢丝绳长度，m;b2为副吊索滑轮右侧钢丝绳长度，m;c1为主吊索滑轮中心铅垂线与钢筋笼交点到副吊索右侧吊点的距离，m;d1为主吊索滑轮中心铅垂线与钢筋笼交点到主吊索右侧吊点的距离，m;c2为副吊索左侧吊点至主吊索反向延长线与钢筋笼交点的距离，m;d2为副吊索右侧吊点至主吊索反向延长线与钢筋笼交点的距离，m;f2为主吊索左侧钢丝绳反向延长线的长度，m;为钢筋笼的起吊角度，();1为主吊索滑轮两侧钢丝绳与竖直方向的夹角，();2为副吊索滑轮
15、两侧钢丝绳与主吊索左侧钢丝绳反向延长线方向的夹角，();L1为主吊索总长度，m;M1为主吊索右侧吊点至副吊索左侧吊点距离，m;L2为副吊索总长度，m;M2为副吊索吊点间距离，m;T1为主吊索钢丝绳索拉力，kN;T2为副吊索钢丝绳索拉力，kN;T 为吊钩承担的总起重荷载，kN;。图 2三吊点吊装过程受力分析根据两吊点设置情况的分析，可以推导得到三吊点设置情况下不同钢筋笼起吊角度对应的绳索受力情况。由于绕绳索的拉力总是相等的，则滑轮 2 两侧绳索夹角的角平分线必然与T1方向相同，根据几何分析可得:d2=M221 M2sin(+1)L22 M22cos2(+1()(14)f2=L22 M222L22
16、 M22cos2(+1)(15)sin1=d2+M1f2+L1cos(16)将式(14)和式(15)带入式(16)可以得到以下形式的隐式方程:F1(1，)=0(17)利用数学软件可以根据不同的起吊角度 求解出滑轮 1 绳索与铅垂线夹角 1。则通过滑轮 1 的绳索拉力可按照下式计算:052023 年第 2 期戴海峰:地下连续墙钢筋笼吊索受力分析及计算方法T1=T2cos1(18)对于滑轮 2 两侧绳索与其角平分线的夹角2可按照下式计算:sin2=M2L2cos(+1)(19)则滑轮 2 两侧绳索拉力可按照下式计算:T2=T12cos2(20)为确定合力 T 作用点位置，相关参数计算结果如下:d1=M121 M1sinL21 M21cos2()M1=d2+M1L1=f2+L1(21)式中:M1为主吊索右侧吊点至左侧钢丝绳反向延长线与钢筋笼交点的距离，m;L1为主吊索总长度与主吊索左侧钢丝绳反向延长线长度之和，m。根据以上公式，对等吊点间距设置情况，水平位置下(起吊角度为 0时)吊索夹角进行计算，绘制了吊索夹角求解图(图 3)，主吊夹角1可由吊索长度与吊点设置间距比值查表求得，副吊夹角 2可
