干溝大橋塔吊電梯一體化連接運(yùn)行設(shè)計(jì)研究

徐彬

（中鐵五局集團(tuán)路橋工程有限責(zé)任公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

采用超長三鏈桿電梯附著和兩面四桿多鉸電梯附著，將塔吊電梯一體化連接運(yùn)行使用，有效地解決了干溝大橋0#塊箱梁與下主塔呈環(huán)向大懸臂的難題，規(guī)避了傳統(tǒng)方案在墩壁上大量預(yù)埋和對箱梁結(jié)構(gòu)開孔的缺陷。

1 工程概況

中鐵大道干溝大橋是中鐵貴州國際生態(tài)城中鐵大道上的關(guān)鍵控制性工程，主橋?yàn)殚L195 m的“蘆笙”造型斜拉橋。其中2#主塔承臺以上墩高87 m，上塔柱塔高41 m，塔柱為實(shí)心花瓣截面，共設(shè)計(jì)14根拉索與7#塊至19#塊的頂板中箱上齒塊相連。主橋箱梁截面形式為單箱三室斜腹板變截面梁，箱梁梁高從9 m漸變至3 m，底板寬度從10 m漸變至15.77 m，頂板寬25 m，翼緣板寬3.5 m。下塔柱55 m處截面為橢圓空心薄壁墩，55～65 m段，其截面從橢圓漸變至橢圓花瓣形狀，65～87 m段，其截面為橢圓花瓣形狀薄壁空心墩，整個(gè)塔柱為蘆笙形狀。0#塊箱梁與下塔剛結(jié)位置塔截面為（6.6 m×7.8 m）橢圓花瓣，0#塊箱梁與下塔呈環(huán)向大懸臂。由于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力安全原因不允許在箱梁底板和斜腹板上開孔，導(dǎo)致塔吊和施工電梯安裝必須距離墩身表面7 m以外，給塔吊和施工電梯安裝帶來極大困難。塔吊電梯一體化連接運(yùn)行設(shè)計(jì)就在這樣的項(xiàng)目背景下誕生的。

2 塔吊電梯一化方案與傳統(tǒng)方案對比分析研究

傳統(tǒng)的塔吊電梯，無論是在工業(yè)民用建筑還是市政橋梁施工中，都是將塔吊電梯分開在不同的部位使用。龍里生態(tài)城干溝大橋項(xiàng)目卻成功地設(shè)計(jì)超長三鏈桿塔吊附著、電梯兩面四桿多鉸附著將塔吊電梯連接作為整體運(yùn)行。

施工塔吊電梯一體化由主塔預(yù)埋耳板、塔吊超長三鏈桿附著、塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、電梯附著及電梯籠組成。施工塔吊電梯一體化將首次實(shí)現(xiàn)將塔吊電梯連接為一體使用，避免傳統(tǒng)電梯與塔吊分開安裝使用；特別是大型橋梁如果將塔吊電梯分開設(shè)計(jì)安裝使用，會造成在主塔上大量預(yù)埋鋼板，電梯出口通道必須在主橋箱梁底板處預(yù)留孔洞。施工塔吊電梯一體化連接運(yùn)行使用施工工法實(shí)現(xiàn)了規(guī)避上述缺陷，在安全上有保證，在成本上較經(jīng)濟(jì)。干溝大橋塔吊電梯方案采用傳統(tǒng)思維方式將塔吊電梯分開設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)和電梯附著兩方面的因素導(dǎo)致傳統(tǒng)方案不可行。第一方面原因是橋梁結(jié)構(gòu)為了保證在施工階段的安全不允許在0#塊箱梁底板開孔。第二方面電梯單獨(dú)設(shè)計(jì)只能將電梯出口設(shè)計(jì)在翼緣板位置，導(dǎo)致電梯附著與其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長細(xì)比超出規(guī)范要求，無法滿足安全使用要求。

對比傳統(tǒng)方案，干溝大橋施工塔吊電梯一體化運(yùn)行使用有效解決了傳統(tǒng)塔吊電梯必須分開使用，在特殊情況下電梯超長附著與電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長細(xì)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能保證安全，故采用三鏈桿超長塔吊附著，兩面四桿四鉸電梯附著保證了電梯塔吊一體化運(yùn)行使用的安全。電梯節(jié)省了電梯超長附著的材料50 t,故節(jié)省材料費(fèi)、加工費(fèi)、保養(yǎng)費(fèi)和安裝拆除費(fèi)共計(jì)57.5萬元。

3 施工塔吊電梯一體化使用的原理

通過在干溝大橋2#下主塔塔身預(yù)埋錨固鋼板，采用專業(yè)設(shè)計(jì)的超長附著三鏈桿采用銷軸連接在耳板上，耳板與墩身錨固鋼板采用焊接，超長附著桿采用矩形抱箍抱緊在塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上。電梯附著將塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接形成一整體；特別是電梯附著桿通過2個(gè)面4個(gè)鉸接實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)行時(shí)電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)轉(zhuǎn)角相對較小，保證了電梯運(yùn)行安全和舒適度。塔吊超長附著三鏈桿約束塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)保證了塔吊的運(yùn)行安全，有效控制了塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的橫向擺動。

4 施工塔吊電梯一體化設(shè)計(jì)

4.1 塔吊超長附著及塔身預(yù)埋件設(shè)計(jì)

塔吊超長附著主梁由雙拼［22加工，橫向連接板采用10 mm厚Q235鋼板，超長附著伸縮端由絲桿與螺母組成，塔吊抱箍耳板，墩身預(yù)埋母板與耳板均為20 mm厚Q235鋼板。伸縮端與塔身固定端均采用40 cr銷軸與耳板連接。塔吊每組附著設(shè)計(jì)成三鏈桿形式。塔吊預(yù)埋件見圖1，塔吊超長附著見圖2。

圖1 塔吊預(yù)埋件圖

圖2 塔吊超長附著圖

4.2 電梯附著設(shè)計(jì)

電梯附著通過2面4根附著桿扣死在電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立柱與橫桿上，采用螺栓將定位框固定在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)橫桿上。附著桿采用銷軸連接在方鋼抱箍上，方鋼抱箍采用高強(qiáng)螺栓錨固在塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上。方鋼抱箍采用100 mm×100 mm×5 mm的Q235方鋼。附著桿為80 mm×5 mm的Q235圓鋼管，定位框?yàn)?0 mm×60 mm的角鋼，銷軸為25 mm的40Cr，吊耳板為10 mm的Q235鋼板[1,2]。電梯附著見圖3。

圖3 電梯附著圖

4.3 塔吊電梯附著一體化設(shè)計(jì)

超長附著三鏈桿采用交叉布置方式通過銷軸將附著伸縮、固定端分別與墩身及抱箍耳板連接。電梯附著采用兩面四桿多鉸接在電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立桿上，電梯附著桿連接在塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)方鋼抱箍上。其整體設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 整體設(shè)計(jì)圖

4.4 塔吊電梯附著一體化運(yùn)行控制分析

塔吊在規(guī)定的時(shí)間檢查范圍內(nèi)應(yīng)定期組織廠家、監(jiān)理及地方的安全監(jiān)督部門進(jìn)行檢查。重點(diǎn)監(jiān)控超長附著墩身端預(yù)埋耳板與母板的焊縫在使用過程中焊縫是否開裂，焊縫防銹漆是否脫落。超長附著固定端、伸縮端母板與耳板焊縫在使用過程中是否有開裂異常，連接銷軸開口銷是否起到限位作用。應(yīng)檢查塔吊抱箍連接高強(qiáng)螺栓是否有松弛。塔吊每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的連接螺栓應(yīng)重新加固，以防塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)松動出現(xiàn)安全事故。

應(yīng)在電梯籠上下對電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行連接螺栓加固，對電梯標(biāo)準(zhǔn)節(jié)齒輪條應(yīng)進(jìn)行抹油保養(yǎng)，對防墜系統(tǒng)進(jìn)行檢修并作防墜試驗(yàn)。對電梯反扣輪里的軸承應(yīng)仔細(xì)檢查有無斷裂異常。對電梯附著方鋼抱箍的連接螺栓應(yīng)進(jìn)行扭緊加固，對附著桿的連接活動扣件按時(shí)加固。電梯附著桿耳板、拉板及母板的連接焊縫應(yīng)進(jìn)行檢查有無異常。

5 塔吊電梯一體化理論受力計(jì)算分析

5.1 理論受力計(jì)算的意義

干溝大橋塔吊電梯一體化連接運(yùn)行使用在國內(nèi)甚至國外都是極其罕見的，建立塔吊和電梯整體連接模型理論受力分析對塔吊電梯能否安全使用具有重要的意義。通過干溝大橋項(xiàng)目的成功應(yīng)用，證明了若具備精確的理論受力指導(dǎo)和現(xiàn)場有效的管控制度這兩個(gè)關(guān)鍵條件，采用塔吊電梯一體化連接運(yùn)行使用是可行的。

5.2 塔吊電梯受力荷載取值

塔吊配重160 kN，塔帽和大臂總重70 kN，最大吊重60 kN，電梯重20 kN。風(fēng)荷載按100 a一遇情況考慮，取0.35 kN/m2。塔吊電梯側(cè)面積為（1.6+0.73）×100=74.6 m2。故塔吊側(cè)面的平均節(jié)點(diǎn)荷載為0.39 kN，電梯側(cè)面的平均節(jié)點(diǎn)荷載為0.089 kN。

其計(jì)算荷載組合為：自重+塔吊配重160 kN+塔帽和大臂總重70 kN+最大吊重60 kN+電梯重20 kN＋風(fēng)荷載[3,4]。

5.3 塔吊電梯一體化整體模型計(jì)算

采用Midas Civil計(jì)算，建立塔吊空間與平模型。

（1）強(qiáng)度計(jì)算

（2）整體穩(wěn)定性計(jì)算

整體穩(wěn)定性計(jì)算各階模態(tài)如下，見圖5、圖6。

對應(yīng)一階模態(tài)，最小穩(wěn)定系數(shù)為61，滿足整體穩(wěn)定性要求[5]。

圖5 一階模態(tài)

圖6 二階模態(tài)

6 結(jié)語

干溝大橋采用塔吊電梯一體化連接運(yùn)行設(shè)計(jì)方案，采用電梯三鏈桿超長附著和四桿兩面多鉸的電梯附著將塔吊電梯連接成為一體化運(yùn)行，又通過精確的理論受力計(jì)算和現(xiàn)場有效管理管控，有效地解決了0#段箱梁與下塔呈環(huán)向大懸臂的難題，塔吊電梯一體化運(yùn)用規(guī)避了傳統(tǒng)方案中存在墩壁大量預(yù)埋和在箱梁結(jié)構(gòu)上開孔的缺陷。通過現(xiàn)場運(yùn)用證明其方法安全有效地應(yīng)用在工程項(xiàng)目上，值得類似橋梁工程參考與應(yīng)用。