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      多塔聯(lián)跨纜索吊機應用與設計

      2020-07-25 08:13:46余海
      工程建設與設計 2020年13期
      關鍵詞:天車纜索吊機

      余海

      (湖南省中南橋梁安裝工程有限公司,湖南 懷化418000)

      1 引言

      隨著國內基建水平的提高,橋梁設計理論水平研究也越來越深入,橋梁跨度越來越大,結構形式越來越多樣化,吊裝重量也越來越大,橋梁建設越來越復雜。部分山區(qū)、大江大河、市政道路需要設計多跨拱橋或者多跨懸索橋,橋面梁體安裝是一大難題。在多跨拱橋施工中需要每跨單獨設計纜索吊裝系統(tǒng),纜索吊設備投入大,多套系統(tǒng)共同運行,纜索吊系統(tǒng)空間設計復雜,多套系統(tǒng)相互影響,施工效率低;懸索橋安裝施工如果采用傳統(tǒng)纜載吊機進行梁體安裝施工,梁體節(jié)段無法運輸至纜載吊機下方,而目前纜載吊機無法大噸位帶載走行,傳統(tǒng)工藝無法施工,制約了橋面結構的發(fā)展。利用多塔聯(lián)跨纜索吊機施工拱橋吊裝作業(yè)或者施工懸索橋橋面梁體架設,在施工安全、施工進度、成本控制等方面均有優(yōu)勢。

      2 多塔聯(lián)跨纜索吊機應用范圍

      2.1 多塔聯(lián)跨纜索吊機簡介

      多塔聯(lián)跨纜索吊機即采用1 套纜索吊系統(tǒng),天車及吊鉤在多跨纜索間來回運行,在不同跨起吊吊裝作業(yè)的纜索吊機。

      多塔聯(lián)跨纜索吊機包含:承重索、起重索、牽引索、纜風索、纜塔、跨塔天車、跨塔索鞍、錨碇、控制系統(tǒng)等機構。承重索、起重索、牽引索、纜風索、纜塔、錨碇、控制系統(tǒng)均與傳統(tǒng)纜索吊機結構一致,跨塔天車及跨塔索鞍與傳統(tǒng)天車及索鞍不同,跨塔天車采用“扁擔式”結構,可以采用“上翻式”或“下掛式”2 種結構(見圖1)?!吧戏健苯Y構僅能天車空載運行,構件在同跨范圍掛鉤起吊安裝;“下掛式”結構更為靈活,可以帶載跨越索鞍,也可以空載跨越索鞍,根據(jù)不同施工工況進行綜合比選確定【1~3】。

      多塔聯(lián)跨纜索吊機起重及牽引走線、運行方式與傳統(tǒng)纜索吊機一致,起重部分依然分為下掛架、上掛架及走線鋼絲繩;牽引部分走線方式與傳統(tǒng)纜索吊機基本一致。但起重及牽引索在跨塔處又有不同之處,天車在跨過索鞍處時,一側牽引鋼絲繩離開塔頂轉向輪,另一側牽引鋼絲繩需要歸位入塔頂轉向輪,從結構上需要考慮起重及牽引鋼絲繩能精準落入轉向輪繩槽中(見圖2)。

      圖1 “上翻式”或“下掛式”索鞍及天車布置示意圖

      圖2 多塔聯(lián)跨纜索吊機布置示意圖

      2.2 多塔聯(lián)跨纜索吊機適用范圍

      多塔聯(lián)跨纜索吊機采用獨特的結構形式,解決了傳統(tǒng)纜索吊機天車過索鞍的難題,使得天車及牽引、起重系統(tǒng)可以不拆解即在多跨承重索間往復運行,使得吊裝順序更為靈活,吊裝功效與傳統(tǒng)纜索吊機基本無異。

      多塔聯(lián)跨纜索吊機適用于2 跨及以上可采用纜索吊機吊裝施工的拱橋、懸索橋;適用于多跨結構可以采用傳統(tǒng)纜索吊機吊裝施工,但有限高要求的區(qū)域。

      2.3 多塔聯(lián)跨纜索吊機優(yōu)缺點

      多塔聯(lián)跨纜索吊機因具有特定的適用范圍,相較于傳統(tǒng)纜索吊機或者懸索橋纜載吊機有鮮明的特點。

      主要優(yōu)點有:

      1)可以有效降低纜塔高度;

      2)用1 套纜索系統(tǒng)完成多跨結構吊裝施工,纜索吊結構布置更簡單;

      3)部分在大江大河上的多跨懸索橋、拱橋結構,解決了傳統(tǒng)纜索吊無法布置或者成本過高的難題;使得結構更為簡潔,避免了采用傳統(tǒng)纜索吊結構需要布置多套系統(tǒng),結構布置復雜,相互干擾大的難題;

      4)相較于采用纜載吊機,安全性更高,施工效率是纜載吊機的3~5 倍。

      5)相較于傳統(tǒng)纜索吊機,成本節(jié)約20%~40%。

      主要缺點有:

      1)天車受力形式與傳統(tǒng)天車不同,天車重量偏大;

      2)天車過索鞍時,需要人工觀察并輔助起重、牽引繩進入轉向輪繩槽;

      3)大跨度結構,多塔聯(lián)跨纜索吊機支索器設計較為復雜。

      3 多塔聯(lián)跨纜索吊機設計計算

      多塔聯(lián)跨纜索吊機設計計算與傳統(tǒng)纜索吊機設計計算原理基本一致,但計算公式有所不同。主要部位的設計如下。

      3.1 承重索設計

      雙跨纜索吊計算如圖3 所示。

      圖3 雙跨纜索吊計算圖示

      主索水平拉力:

      未承重跨的主索垂度:

      Hk與Hz的關系式:

      自重作用下主索垂度:

      式中,Hz、Hk為分別為外荷載和自重作用下,主索的水平拉力;fz、f ′z為分別為外荷載作用下,承重跨與未承重跨主索的垂度;fk、f ′k為分別為自重作用下,承重跨與未承重跨主索的垂度;Q 為主索承擔的單吊鉤集荷載;q 為主索承擔的均布荷載;l、l′分別為承重跨與未承重跨的跨度;a 為2 臺距車的間距;Ek為主索彈性模量;F 為主索鋼絲繩截面積;U 為與主索相同跨的簡支梁(簡稱代梁)剪力,是代梁剪力圖的面積,可以利用圖乘法計算。

      3.2 起重及牽引索設計

      起重及牽引索設計與傳統(tǒng)纜索吊機設計計算相同,設計計算可參考傳統(tǒng)纜索吊機設計。但起重及牽引索在索鞍前后需要設計在一條直線上,不能有偏轉角度,避免因過索鞍時起重及牽引索不能自動落入起重及牽引轉向輪,產生繩索跳槽、磨繩等問題。

      3.3 索鞍及天車設計

      天車和索鞍設計除了要滿足傳統(tǒng)天車的基本功能,還要滿足天車能從索鞍上跨越、下吊具能自由通過索鞍以及起重、牽引鋼絲繩能自動進入索鞍處轉向輪繩槽。

      索鞍及天車可采用如圖1 所示“上翻式”或“下掛式”結構。結構設計的基本原理即改變傳統(tǒng)天車索鞍傳力方式,天車由傳統(tǒng)的分布式傳力結構改變?yōu)閼冶凼絺髁Y構,上掛架及起重、牽引繩集中在中部,走行機構設計在兩側,可避免索鞍與天車相互沖突干擾的問題。

      “上翻式”及“下掛式”2 種天車、索鞍設計結構形式,均可實現(xiàn)多塔聯(lián)跨的功能,但“上翻式”結構更簡單,相對成本更低,結構設計更容易實現(xiàn);“下掛式”結構從理論上講,可以帶載跨越索鞍,結構適用性更強,但結構較為復雜,成本較高。

      4 結語

      多塔聯(lián)跨纜索吊機是纜索吊裝施工的一種工藝、工法突破,解決了多跨、大跨度、復雜地形條件下拱橋、懸索橋結構吊裝施工的難題,為今后橋梁設計及施工拓展了思路。

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