天興洲長江大橋鋼桁梁整節(jié)段架設(shè)用起重機的方案研究

王仕豪/WANG Shi-hao

（中鐵大橋局股份有限公司，湖北 武漢 430345）

1 工程概況

武漢天興洲公鐵兩用長江大橋主橋為（98m+196m+504m+196m+98m）雙塔三索面斜拉橋，全橋長1 092m。斜拉橋主梁為板桁結(jié)合鋼桁梁，三片主桁，采用焊接整體節(jié)點，N型桁架，桁高15.2m，桁寬2×15m，節(jié)間長度14m。上弦為公路橋面，下弦為鐵路橋面。整節(jié)段架設(shè)的鋼梁節(jié)段由上、下弦桿、斜桿、豎桿、鐵路縱橫梁及平聯(lián)、公路正交異性板和臨時桿件組成,鋼梁節(jié)段最大重量為650t，安裝面有9個對接接頭。施工中擬采用抬吊安裝施工工法，利用船舶將整節(jié)段鋼梁運輸至橋位正下方，再由架橋起重機將其安全準確地提升至橋面并利用吊點縱、橫移機構(gòu)及吊具調(diào)平機構(gòu)配合進行對位和拼接。本文將對該架梁起重機的設(shè)計方案進行較為深入地探討和研究。

2 起重機主技術(shù)參數(shù)的確定

1）吊重及幅度 鋼桁梁節(jié)段最大重量650t，其重心距桁段大端節(jié)點中心在4.1～4.9m范圍內(nèi)變化，正交異性板接縫距鋼梁桿件接縫前端2.8m，起吊過程中，正交異性板前端與已架設(shè)節(jié)段之間最少保持0.3m的距離，以保證被架桁段與已架設(shè)桁段不發(fā)生干涉。因此起吊桁段所需的最大起吊幅度R≥14m。起吊桁段進行拼接對位時吊具最小幅度為9m。因此本方案起重機采用變幅機構(gòu)以適應(yīng)施工要求，幅度范圍設(shè)定為9～14m。最大起吊力矩為700t×14m。

2）起吊高度的確定 由于從江面起吊，需要考慮水位、橋面標(biāo)高、船吃水深度等因素的影響，根據(jù)相關(guān)資料，歷史最低水面標(biāo)高9.62m，甲板上的桁梁節(jié)段支座至水面距離1.5m,桁段總高16.5m,公路橋面標(biāo)高67.841m，則總的起升高H＝公路橋面標(biāo)高-歷史最低水面標(biāo)高-桁梁節(jié)段支座至水面距離-桁段總高＝40.221,為了能夠?qū)踊喗M放置到橋面進行檢修，擬確定最大起升高度為45m.

3 起重機起吊方案的比選

起重機主要由金屬結(jié)構(gòu)架（即機架）、起升機構(gòu)、液壓系統(tǒng)、滑道及整機步履前移機構(gòu)、吊點縱橫移機構(gòu)、吊具、電氣控制系統(tǒng)、錨定裝置、司機室等組成。根據(jù)實際工況，擬定了3種起吊方案。

1）2臺起重機抬吊 此方案優(yōu)點：起重機設(shè)計制造相對簡單，單機機架結(jié)構(gòu)寬度較小、重量輕、成本低，起重機步履前移可有效避開橋面索面區(qū)索導(dǎo)管的干涉。缺點是：①起重機數(shù)量需增加一倍，總成本反而高；②起重機不能直接站位在鋼梁節(jié)段頂面（即公路橋面）的正交異形板上，其下面還需要設(shè)置分配梁，才能將起重機對鋼梁節(jié)段的作用力傳遞并分配到鋼梁上弦桿腹板所對應(yīng)的蓋板處；③由于此方案兩臺起重機的中心并排分別位于鋼梁節(jié)段頂面上、下游側(cè)的中間位置，為了使吊點與被架設(shè)鋼梁節(jié)段的上弦桿豎直方向?qū)R，就必須設(shè)計一個專門的吊具，此吊具結(jié)構(gòu)龐大笨重、成本高。

2）兩點抬吊輔助中桁臨時調(diào)整提升裝置 此方案可將起重機機架設(shè)計成與鋼梁節(jié)段三桁相對應(yīng)的形式，立面由3個菱形式樣的桁片分別與鋼梁節(jié)段的三桁對應(yīng)，桁片之間通過橫向連接系（橫梁和平面聯(lián)接系）栓接，保證機架的剛度和穩(wěn)定性,如圖1所示。在機架頂部兩邊桁主梁上各設(shè)置一個吊點和一套吊點縱橫移機構(gòu)（變幅和橫向調(diào)整裝置），每個吊點額定起重量為350t，起升卷揚機采用同步控制。在機架中桁主梁上設(shè)置臨時調(diào)整提升油缸，額定提升重量為300t，用于鋼梁安裝時通過垂直提放油缸伸縮來調(diào)整中桁的高低。此方案優(yōu)點：①起升機構(gòu)只有兩套，可節(jié)約制造成本；②吊具結(jié)構(gòu)簡單；③電氣控制系統(tǒng)要求不復(fù)雜。缺點：起重機的支點處，鋼梁節(jié)段中桁與邊桁的支反力相差較大，對鋼梁安裝接頭處的變形影響相對較大，不利于鋼梁節(jié)段安裝。

3）三吊點同時起吊 此方案起重機機架的結(jié)構(gòu)同方案2，在機架頂部3個主梁上各設(shè)置一個吊點和一套吊點縱橫移機構(gòu)（變幅和橫向調(diào)整裝置）。兩邊桁吊點額定起重量為250t，每個吊點均設(shè)置荷載控制傳感器，通過工控機和PLC實現(xiàn)3個吊點的載荷按比例（邊桁210t+中桁280t+邊桁210t）分配。起吊過程中3套卷揚起升機構(gòu)采用升降同步控制、荷載比例分配，鋼梁節(jié)段安裝對位時，亦可解開控制鎖定，實現(xiàn)單個點動，方便鋼梁安裝對接。此方案的優(yōu)點：①三吊點同時起吊，鋼梁節(jié)段中桁不會下?lián)?，變形小，方便鋼梁安裝對接；②由于采用了工控機和PLC控制技術(shù)，自動化程度較高，避免了司機誤操作，起吊安全可靠。缺點：對電氣控制技術(shù)要求相對較高。

綜合分析，推薦采用三吊點同時起吊的方式。

4 前支點結(jié)構(gòu)形式研究

由于天興洲長江大橋為三索面斜拉橋，其橋面三桁（兩邊桁加中桁）相對應(yīng)設(shè)置有伸出橋面約1m的索導(dǎo)管，索導(dǎo)管的中心線與橋面弦桿在橋縱向和橫向均存在不同的夾角，故起重機底架無法直接支承在橋面上弦桿上。要使起重機既能支承在橋面上弦桿上，又能順利地步履向前縱移，就需要在起重機底架三桁的底部適當(dāng)位置安裝滑靴座及滑靴，在滑靴的下方縱向放置滑道梁，將起重機墊高，以避開索導(dǎo)管?？v移時，起重機通過滑靴支承在滑道梁上，依靠油缸的伸縮使整機的支承滑靴在滑道梁的軌道上滑動來實現(xiàn)整機向前移動。起重機的前支點可以采用帶鎖定液壓螺旋頂，縱移時將其旋起來以避開索道管，待起重機到達起吊工位時，再將其旋出來支頂好。螺旋頂可通過分配梁將支點反力分配到橋面上弦桿兩側(cè)腹板的位置。見圖2。

圖2 前支點示意圖

5 后錨點位置的確定

通常情況下，起重機的后錨固點是錨在上弦桿上或橋面上（焊接錨固用吊耳）。但本橋橋面正交異性板，不能承受吊裝過程中向上的反力，且不能在正交異性板上開孔（開孔后再重新焊好，焊縫處存在局部應(yīng)力集中，影響鋼橋面板的疲勞強度，從而影響橋面使用壽命），故不能直接錨固在上弦桿上。因此，可以利用鋼梁節(jié)段吊裝用臨時吊耳作為錨固點，這樣既安全又可靠。在設(shè)計起重機的底架時，根據(jù)起重機的站位和鋼梁節(jié)段吊耳的位置來確定長度尺寸。

6 變幅機構(gòu)研究

為把要拼裝對接的鋼梁節(jié)段的接頭移進已經(jīng)架設(shè)好的鋼梁接頭里，需將吊點向內(nèi)移，這就需要在吊點底座與機架主梁滑道之間設(shè)置縱移油缸（即變幅油缸）?？紤]到鋼梁節(jié)段拼裝對接時有可能需要橫向左右微移，使鋼梁接頭能精確對位，還需吊點能進行橫向平移，這需要在吊點與吊點底座之間設(shè)置橫向平移油缸（即橫向微調(diào)油缸）。見圖3。

7 吊具調(diào)平機構(gòu)的研究

圖3 吊點縱橫移機構(gòu)示意圖

由于每個鋼梁節(jié)段的設(shè)計重心位置不盡相同，理論重心與實際制造重心也存有誤差，因此在考慮吊具方案時，要充分考慮到吊具的通用性。即通過吊具自身的調(diào)節(jié)，能滿足所有鋼梁節(jié)段的吊裝要求。圖4為吊具調(diào)平示意圖，該吊具在吊梁扁擔(dān)中部設(shè)有3個銷孔，通過調(diào)整拉板與吊梁扁擔(dān)銷孔銷接的位置，加上調(diào)平油缸的伸縮完全能覆蓋所有鋼梁節(jié)段的吊裝調(diào)平要求。

圖4 吊具調(diào)平示意圖

8 結(jié) 語

本文根據(jù)天興州公鐵兩用長江大橋主橋的構(gòu)造特點，提出了鋼桁梁整節(jié)段架設(shè)用起重機的總體方案。同時根據(jù)本橋鋼桁梁節(jié)段的結(jié)構(gòu)特點和鋼梁架設(shè)實際施工工況，對遇到的各種實際問題，提出了該起重機各部分的解決方案，對今后類似橋梁的施工工法和架梁起重機的研制具有借鑒和參考意義。 O