Подъем и перемещение длинномерных конструкций (длиной L > 6 метров и соотношением длины к высоте поперечного сечения L / h > 15–20) представляют собой сложнейшую инженерно-техническую задачу в строительстве и промышленном монтаже.

К длинномерным грузам относятся:

  • Металлические и железобетонные стропильные фермы (L = 12, 18, 24, 30 м);
  • Железобетонные преднапряженные сваи и фундаментные балки (L = 8–16 м);
  • Стальные колонны промышленных цехов (L = 10–24 м);
  • Трубные плети магистральных газонефтепроводов и сортовой металлопрокат;
  • Пролетные балки мостовых переходов и эстакад.

Главная опасность при строповке длинномеров стандартными канатными стропами «паук» без применения жестких траверс — возникновение разрушающих горизонтальных сжимающих усилий и недопустимых изгибающих моментов, приводящих к потере устойчивости, необратимой пластической деформации или мгновенному излому конструкции прямо в воздухе.

В данном материале разобран сопроматовский расчет усилий, обоснование точек подвеса и правила безопасной строповки длинномеров в соответствии с нормами промышленной безопасности РК (Приказ Министра по инвестициям и развитию РК № 359 и СН РК 1.03-05-2011).

1. Физика проблемы: разрушающие сжимающие силы при строповке без траверсы

Рассмотрим подъем балки массой Q двухветвевым стропом с углом между ветвями α.

Без траверсы наклонные ветви сжимают длинномер вдоль оси α β N N длинномер массой Q F сжатия = (Q / 2) · tg(α/2) растёт вместе с углом ветвей β = α / 2 — наклон ветви к вертикали натяжение ветви N = Q / (2 · cos β) тонкая стенка теряет устойчивость ферму и сваю такая схема ломает Чем шире развели ветви, тем сильнее длинномер сжимает вдоль собственной оси

Векторное разложение сил:

Вертикальная составляющая натяжения стропа уравновешивает вес груза:

F_ / (верт) = (Q / 2)

Натяжение в каждой наклонной ветви стропа равно:

N = (Q / 2 · cos(α / 2))

При этом на тело длинномера в точках застропки действует горизонтальная сжимающая сила:

F_ / (сж) = N · sin(α / 2) = (Q / 2) · (sin(α / 2) / cos(α / 2)) = (Q / 2) · tg(α / 2)

Таблица 1. Сжимающая сила в длинномере массой 10 т (100 кН) при разных углах

Угол между ветвями αНатяжение в ветви N, тСжимающая сила F, тВлияние на груз
0° (траверса)5,000,00чистый вертикальный подъём
60°5,772,89допустимо для жёстких цельнометаллических балок
90°7,075,00опасное сжатие тонких стенок и ферм
120°10,008,66критический перегруз, разрушение свай и ферм

Сопроматовские последствия сжатия длинномера:

  1. Потеря устойчивости (продольный изгиб по формуле Эйлера): Для тонкостенных стальных балок и ферм критическая сжимающая сила потери устойчивости из плоскости определяется как:

F_ / (кр) = (π^2 · E · I_y / l_02)

где E — модуль упругости стали, I_y — момент инерции сечения относительно слабой оси, l_0 — расчетная свободная длина. При угле α ≥ 90° горизонтальное сжимающее усилие F_ / (сж) превышает критическую силу F_ / (кр), и конструкция мгновенно выгибается вбок дугой («теряет устойчивость плоской формы изгиба») с пластической деформацией или разрушением поясов.

  1. Скалывание и раскрытие трещин в железобетонных изделиях (ЖБИ): Бетон отлично работает на сжатие вдоль продольной оси только при наличии предварительного армирования. Локальное сжатие от строп под углом создает эксцентриситет и срезающие напряжения в зонах монтажных петель, приводя к отрыву защитного слоя бетона и обнажению арматуры.
  2. Сползание стропов к центру: Если строповка выполняется «в обхват» (удавкой), сжимающая сила стремится сдвинуть стропы к центру балки. При малейшей несимметрии стропы съезжаются, балка опрокидывается и падает.

2. Линейная траверса: механизм полной защиты груза

Применение жесткой линейной траверсы полностью исключает передачу сжимающих усилий на поднимаемый длинномер.

Траверса берёт сжатие на себя, груз висит вертикально верхний строп ТРАВЕРСА α = 0° длинномер, F сжатия = 0 всё сжатие принимает труба траверсы её сечение считают именно на это нижние ветви строго вертикальны груз нагружен только своим весом длину траверсы берут под точки подвеса а не под полную длину груза Траверса переводит наклонную тягу в вертикальную: горизонтальной силы в грузе не остаётся

Инженерное преимущество траверсы:

  • Все горизонтальные сжимающие нагрузки F_ / (сж) = (Q/2) · tg(α/2) замыкаются внутри металлоконструкции самой траверсы (мощной толстостенной трубы или сварного коробчатого профиля с ребрами жесткости).
  • Нижние стропы (канатные ветви, цепи или текстильные полотенца), идущие от проушин траверсы к грузу, ориентированы строго вертикально (α = 0°).
  • Горизонтальная сжимающая сила в теле груза равна нулю (F_ / (сж) = 0). Длинномер воспринимает только гравитационные нагрузки от собственного веса.

Подобрать оборудование под вашу задачу

Нажимая кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

3. Расчет оптимальных точек подвеса: правило минимизации изгибающего момента

Где именно следует закреплять стропы на длинномере? Если зацепить балку за самые крайние торцы, в середине пролета возникнет максимальный изгибающий момент от собственного веса:

M_ / (макс) = (q · L2 / 8)

где q — погонный вес балки (кН/м), L — полная длина балки.

Подвес на 0,207 L от концов: момент падает вчетверо a = 0,207 L L − 2a a = 0,207 L точки подвеса на траверсе балка длиной L M опор M пролёта M опор = M пролёта = q · L² / 32 подвес на 0,207 L от каждого конца опорный и пролётный моменты равны момент падает вчетверо против подвеса за самые концы балки Точки 0,207 L — это точки Бесселя: при них балка гнётся меньше всего за подъём

Инженерное «Правило 0,21 L» (Точки Бесселя):

Чтобы свести к абсолютному минимуму изгибающие напряжения в теле балки или сваи при подъеме, точки подвеса должны отступать от торцов на расстояние:

a = 0,207 · L ≈ 0,21 · L

При таком расположении точек подвеса опорный изгибающий момент на консолях точно уравновешивается пролетным изгибающим моментом в центре балки:

M_ / (опор) = M_ / (пролет) = (q · L2 / 32)

Результат: максимальный изгибающий момент в теле длинномера уменьшается ровно в 4 раза по сравнению со строповкой за торцы (q · L2 / 8 → q · L2 / 32). Это предотвращает раскрытие усадочных и монтажных микротрещин в бетоне свай и балок.

4. Специфика строповки различных типов длинномеров

Особенности строповки по типам длинномерных конструкций:

  • Стропильные фермы — зацепка строго за узлы верхнего пояса, с усилением пояса брусом в местах контакта.
  • Железобетонные колонны и сваи — подъём только за штатные монтажные петли, без рывков, с подкладками под кромки.
  • Стальные трубы и профиль — траверса с мягкими текстильными полотенцами или захватами-клещами.

1. Стропильные и подстропильные фермы:

  • Ферма обладает высокой жесткостью в вертикальной плоскости, но крайне податлива из плоскости.
  • Зацепка стропов должна производиться исключительно за узлы верхнего пояса (в местах схождения раскосов и стоек), чтобы не вызывать местного изгиба пояса.
  • При длине фермы L ≥ 18 м перед подъемом к верхнему поясу фермы струбцинами временно прикрепляют усиливающий деревянный брус или стальную трубу для предотвращения потери устойчивости из плоскости до момента проектного раскрепления связями.

2. Железобетонные сваи и преднапряженные ригели:

  • Строповка осуществляется за штатные закладные монтажные петли или сквозные строповочные отверстия.
  • При подъеме методом охвата «удавкой» в обязательном порядке используются деревянные бруски-прокладки толщиной не менее 40 мм под ребра сваи для защиты бетона от выкрашивания и предохранения стропа от перетирания.

3. Трубные секции и пучки длинномерного проката:

  • Подъем осуществляется траверсой с подвеской на круглопрядных текстильных стропах или мягких монтажных полотенцах (шириной от 100 до 300 мм).
  • Использование цепных стропов без резиновой футеровки для труб с полиэтиленовой антикоррозийной изоляцией запрещено.

5. Синхронный подъем длинномеров двумя кранами (тандемный подъем)

При монтаже негабаритных длинномеров (фермы мостов, тяжелые ректификационные колонны L > 30 м массой 50–100+ тонн), когда грузоподъемности одного крана недостаточно, применяется подъем двумя кранами.

Тандемный подъём: два крана, отклонение ветвей до 3° кран № 1 траверса кран № 2 траверса длинномер длиной свыше 30 м нагрузка делится между кранами Q1 и Q2 каждый кран берёт свою долю груза долю считают заранее по положению ЦТ ветви отклоняются не больше 3° от вертикали иначе груз перетягивает на один кран подъём ведут синхронно, по одной команде работой руководит лицо, назначенное приказом Тандемный подъём идёт по проекту работ: в нём записаны доли кранов, скорости и сигналы

Требования промышленной безопасности РК (Приказ Министра по инвестициям и развитию РК № 359):

  1. Проект производства работ кранами (ППРк): Тандемный подъем допускается производить только по специально разработанному ППРк, утвержденному техническим руководителем предприятия.
  2. Распределение нагрузки: Нагрузка на каждый кран не должна превышать 80% его паспортной грузоподъемности на данном вылете стрелы:

Q_ / (фактич) ≤ 0,8 · Q_ / (паспорт)

  1. Строгая вертикальность грузовых канатов: Отклонение грузовых полиспастов от вертикали при подъеме не должно превышать 3° (запрещается подтягивать груз стрелой крана).
  2. Единое руководство: Всеми операциями руководит одно лицо — инженер ИТР, ответственный за безопасное производство работ кранами. Сигналы машинистам обоих кранов подаются согласованно по выделенному радиоканалу.

6. Профессиональные траверсы от ИП «Казмеханика»

Предприятие ИП «Казмеханика» проектирует, рассчитывает и изготавливает траверсы для длинномерных грузов в соответствии с ТР ТС 010/2011, ПБ РК и ГОСТ 33715-2015:

Линейка траверс для длинномеров ИП «КазМеханика»:

  • Линейные трубные траверсы с центральной проушиной (1ТЛЦ) — грузоподъёмность от 1,0 до 25,0 т, длина пролёта от 2 до 12 м.
  • Линейные траверсы с концевым подвесом на строп (2ТЛК) — грузоподъёмность от 5,0 до 50,0 т, длина до 18 м.
  • Модульные телескопические траверсы с переставными проушинами — регулировка точек подвеса с шагом 250 и 500 мм под разную длину груза.
  • Пространственные Н-образные и Т-образные траверсы — для крупногабаритных пространственных ферм и модульных блоков.

Каждая траверса производства ИП «Казмеханика» проходит статические испытания с перегрузкой 125% (1,25 · Q_ / (ном)) на аттестованном стенде, подвергается ультразвуковому контролю сварных швов (УЗК) и поставляется с полным паспортом изделия, шильдиком и сертификатом соответствия.