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      爬升式搖頭桿在纜索起重機(jī)大型貝雷片塔架安拆中的應(yīng)用

      2023-09-02 09:20:08陳華勇
      起重運(yùn)輸機(jī)械 2023年15期
      關(guān)鍵詞:主桿貝雷主塔

      陳華勇

      福建標(biāo)馳吊裝工程有限公司 漳州 363601

      0 引言

      纜索起重機(jī)(以下簡稱纜機(jī))[1]由塔架(含索鞍)、纜風(fēng)索、L 纜索系統(tǒng)、塔架基礎(chǔ)與錨碇、卷揚(yáng)機(jī)布置、自動(dòng)化系統(tǒng)、跑車與吊具等部分組成,其中塔架作為主要受力構(gòu)件,對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化不僅有利于減小材質(zhì)用量,更方便安拆施工及運(yùn)輸。塔架常見的結(jié)構(gòu)由萬能桿件、鋼管塔及大型貝雷片拼裝組成,其中大型貝雷片由于安拆及運(yùn)輸方便而常被用于纜機(jī)塔架,塔架常用汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)或塔式起重機(jī)輔助安拆,但這些輔助起重設(shè)備費(fèi)用較高,工效低,性價(jià)比不高。為了尋求合適可替代方案,本文研制出一種爬升式搖頭桿,可用于輔助大型貝雷片塔架安拆。

      1 大型貝雷片塔架結(jié)構(gòu)形式[2]

      如圖1、圖2 所示,纜機(jī)塔架的結(jié)構(gòu)形式由主塔及中橫梁采用大型貝雷片(4 m×2.14 m)拼裝而成,主塔塔身采用16 片大型貝雷片組成格構(gòu)式,主塔設(shè)置2道橫梁,中橫梁采用4 片大型貝雷片,頂橫梁采用型鋼焊接而成。北岸塔高為101.8 m,南岸塔高為105.8 m,索鞍橫向布置在主拱肋中心線上,塔間中心間距為28.7 m,主塔構(gòu)造中的大型貝雷片標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段每節(jié)段高4 m,貝雷材質(zhì)Q345B,貝雷主弦桿接頭采用Φ58 mm 貝雷銷連接,貝雷銷材質(zhì)為Cr40,抗剪強(qiáng)度[τ]=400 MPa。

      圖1 塔架結(jié)構(gòu)圖

      圖2 塔架節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)布置

      2 爬升式搖頭桿結(jié)構(gòu)形式

      爬升式搖頭桿[3]由主桿、主梁、拉桿、起升系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、附著等組成,額定起重量為3 t,搖頭桿主桿為Φ325 mm×20 mm 無縫管,主梁為2 根Ⅰ32a,連接銷軸的直徑為Φ50 mm,設(shè)有2 套附著和1 個(gè)支承底盤。搖頭桿主梁兩端按3 t 吊重設(shè)計(jì),實(shí)際最大吊重為2.2 t。起重索為Φ19.5 mm 鋼絲繩,橫移小車牽引[4]采用1 t 電動(dòng)葫蘆,牽引采用Φ13 mm 二倍率鋼絲繩。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

      圖3 爬升式搖頭桿示意圖

      2.1 起升原理

      5 t 卷揚(yáng)機(jī)起重索為Φ19.5 mm 出繩,經(jīng)塔底轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向至塔頂轉(zhuǎn)向輪,后到達(dá)主梁端頭的2 個(gè)轉(zhuǎn)向輪,進(jìn)入起升小車,并順繞于吊具,為二倍率鋼絲繩起升,最后固定于主梁下方且靠近主桿處錨固點(diǎn)(見圖3),通過卷揚(yáng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)吊具上升下降。

      2.2 牽引原理

      牽引索為Φ13 mm 鋼絲繩,纏繞電動(dòng)葫蘆3 ~4 圈后一端經(jīng)主梁端頭轉(zhuǎn)向輪捆綁于行走小車前端,另一端捆綁于行走小車后端形成閉環(huán),通過電動(dòng)葫蘆正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)起吊小車前進(jìn)后退。

      3 爬升式搖頭桿安拆塔架施工工藝

      3.1 施工前準(zhǔn)備

      圖4 為爬升式搖頭桿安裝主塔構(gòu)件示意圖。在施工前,應(yīng)對(duì)參加吊裝作業(yè)的全體人員做全面的技術(shù)交底,列出詳細(xì)的組織安排,做到分工明確、職責(zé)到位;有專人統(tǒng)一指揮,因各操作點(diǎn)距離較遠(yuǎn),操作點(diǎn)、上端調(diào)試點(diǎn)和測量觀測點(diǎn)均應(yīng)配備有對(duì)講機(jī)或其他可靠的通信工具;仔細(xì)核對(duì)爬升式搖頭桿的設(shè)備是否已全部到位,并驗(yàn)收合格后方可投入使用;卷揚(yáng)機(jī)底部4 片裝拼裝場地、塔架基礎(chǔ)及纜風(fēng)錨碇等均已準(zhǔn)備就緒;底部準(zhǔn)備1 臺(tái)25 t 汽車起重機(jī),用于大型貝雷片的拼裝。

      圖4 爬升式搖頭桿安裝主塔構(gòu)件示意圖

      3.2 塔架底部4 節(jié)安裝

      由25 t 汽車起重機(jī)負(fù)責(zé)安裝底部的4 節(jié)主塔。在主塔基礎(chǔ)后場地內(nèi)進(jìn)行貝雷片組裝,采用汽車起重機(jī)將4片貝雷片依次通過銷軸拼接為口形小構(gòu)件,檢驗(yàn)后放置在存放場進(jìn)行主塔組裝,如圖5 所示。

      圖5 主桿與貝雷主塔連接構(gòu)造圖

      在拼裝第一節(jié)時(shí),先將底節(jié)主塔拼裝4 個(gè)口字結(jié)構(gòu),并將其吊至基礎(chǔ)上方的準(zhǔn)確位置,然后用水平及豎向支撐架將16 組貝雷桁架連接成整體,再用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀測量主塔的垂直度和標(biāo)高;采用手搖千斤頂調(diào)整主塔標(biāo)高,要求平面位置偏差在10 mm 以內(nèi),主塔垂直度在4 m 高范圍內(nèi)不大于2 mm,再用墊塊及臨時(shí)鋼板材料將整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)定位牢固,將貝雷銷及連接耳板套在貝雷主弦桿的銷孔內(nèi);最后,將耳板與基礎(chǔ)預(yù)埋板進(jìn)行焊接,焊接完成后割除臨時(shí)固定的墊塊及鋼板。

      第1 節(jié)主塔安裝完成后,將移動(dòng)操作平臺(tái)安裝在塔身上作為主塔拼裝人員的施工平臺(tái),每安裝一層主塔,即用25 t 汽車起重機(jī)起吊將移動(dòng)操作平臺(tái)提升一層,同理安裝其余3 節(jié)主塔。

      3.3 爬升式搖頭桿安裝

      搖頭桿安裝由25 t 汽車起重機(jī)協(xié)助吊裝。爬升式搖頭桿安裝流程為:1)安裝主桿與附著;2)安裝搖頭桿主梁,主梁與主桿通過銷軸連接;再安裝桿帽頭,桿帽頭與主桿采用銷軸連接;3)安裝拉桿,拉桿與桿帽頭和主梁間亦采用銷軸連接;4)安裝起重小車與橫移電動(dòng)葫蘆;5)安裝吊具與起重鋼絲繩。

      爬升式搖頭桿安裝完成后,在正式安裝塔架前需對(duì)其進(jìn)行試吊試驗(yàn),試吊荷載按1.2 倍進(jìn)行,先進(jìn)行單邊試吊,再在兩端各加載1.2 倍設(shè)計(jì)荷載(3.6 t)進(jìn)行試吊。試驗(yàn)分50%、100%、120%等3 級(jí)進(jìn)行載荷試驗(yàn),分別上下塔架1 次、往復(fù)橫移小車1 次、旋轉(zhuǎn)主桿1 次。

      本試驗(yàn)試吊的目的是檢驗(yàn)兩側(cè)起吊小車在 1.2P動(dòng)載作用下的牽引能力(如牽引力大小、牽引速度、牽引系統(tǒng)的制動(dòng)性能等);檢驗(yàn)兩側(cè)起吊小車在 1.2P動(dòng)載作用下的起重能力(如起重力大小、起升速度、起升系統(tǒng)的制動(dòng)性能等);檢驗(yàn)在 1.2P 荷載作用下?lián)u頭桿等結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài);重載下的吊具、軸銷、轉(zhuǎn)向輪等結(jié)構(gòu)的連接件受力觀察。

      3.4 塔架安裝

      如圖6 所示,爬升式搖頭桿安裝完成后,塔身分4塊進(jìn)行拼裝。一次吊裝塔身對(duì)角線方向的2 塊同時(shí)安裝,單塊質(zhì)量為2.2 t,3 t 爬升式搖頭桿能滿足吊裝質(zhì)量的要求。

      圖6 爬升式搖頭桿單層主塔構(gòu)件安裝順序圖

      對(duì)稱起吊構(gòu)件至安裝高度后,取掉附著環(huán)板與爬升式搖頭桿間的嵌緊鍥塊,2 個(gè)1 t 手拉葫蘆對(duì)稱手拉搖頭桿底部旋轉(zhuǎn)傳力桿,使待安構(gòu)件位于安裝位置對(duì)角線上,開啟主梁上的橫移牽引電動(dòng)葫蘆,將起吊小車移動(dòng)至安裝位置正上方,然后緩慢放下吊鉤,人工輔助導(dǎo)向使大型貝雷片陽頭落入已安大型貝雷片的陰頭中,最后穿插敲打貝雷銷至銷孔中,并安裝好保險(xiǎn)插銷。

      大型貝雷片安裝完成后,再安裝塔間平面與豎向支撐架,安裝完成后,通過4 個(gè)5 t 葫蘆交替提升搖頭桿,搖頭桿提升到位。

      在拼裝過程中,主塔高度每隔50 m 安裝一道臨時(shí)纜風(fēng),主塔4 個(gè)角落前后左右安裝8 根Φ24 鋼絲繩纜風(fēng)繩,以確保主塔拼裝時(shí)的穩(wěn)定性。首先,利用起吊小車或爬升式搖頭桿將纜風(fēng)索一繩頭提升主塔纜風(fēng)索安裝位置,利用繩夾將該繩頭綁扎于主塔一側(cè)主弦桿(在捆綁處增加槽鋼內(nèi)木方及保護(hù)墊,尤其是直角拐彎處);另一端人工穿過轉(zhuǎn)向輪后進(jìn)入卷揚(yáng)機(jī),先用卷揚(yáng)機(jī)拽拉纜風(fēng)索但不收緊,以減少手拉葫蘆收緊更換次數(shù)。臨時(shí)打梢臨時(shí)纜風(fēng)索,將卷揚(yáng)機(jī)繩子放出,經(jīng)轉(zhuǎn)向輪反向用繩夾臨時(shí)固定在纜風(fēng)索上,并在繩端制作簡易索扣,用千斤頭制成索扣也綁定在纜風(fēng)索上方,纜風(fēng)索與千斤頭索扣之間用手拉葫蘆連接,手拉葫蘆拉緊使2 個(gè)索扣初步受力,解除纜風(fēng)索轉(zhuǎn)向輪處的繩夾,將卷揚(yáng)機(jī)粗調(diào)改為手拉葫蘆微調(diào),通過手拉葫蘆收緊實(shí)現(xiàn)纜風(fēng)索收緊;同理,安裝另外3 側(cè)纜風(fēng)索。手拉葫蘆對(duì)稱微調(diào)主塔前后或左右主塔偏移,調(diào)整過程中時(shí)時(shí)觀測主塔垂直度。將此繩頭至纜風(fēng)繩初張力以50 kN 進(jìn)行控制,在纜風(fēng)繩張拉過程中,由測量人員對(duì)已拼主塔的垂直度進(jìn)行觀測,保證纜風(fēng)索安裝完成后主塔垂直度在H/1 000 內(nèi),塔頂偏位在20 mm 以內(nèi)。與此同時(shí),經(jīng)測量檢查并作調(diào)整后對(duì)先期拼裝的部分各節(jié)點(diǎn)的連接螺栓進(jìn)行拼裝過程的全面檢查、補(bǔ)擰,以消除主塔因拼裝而產(chǎn)生過大變形,并將結(jié)構(gòu)的非彈性變形降低到最低限度。貝雷桁架桿件均為同一工裝加工制作,且貝雷銷與銷孔為緊密配合,只要塔底標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼裝精度嚴(yán)格控制,上部塔身結(jié)構(gòu)的垂直度通過纜風(fēng)索調(diào)整便能得以保證。

      3.5 搖頭桿爬升

      如圖7 所示,搖頭桿的爬升首先將交替將2 主桿附著上移至頂層貝雷架上;在頂層貝雷片上掛設(shè)2 個(gè)5 t手拉葫蘆,鏈條底部用卡環(huán)連接主桿底部2 耳板提升孔,將附著環(huán)板內(nèi)的嵌緊鍥塊取掉,使主桿與附著環(huán)板間有5 mm 間隙;然后開始拉收手拉葫蘆提升搖頭桿,鏈條長度為3 m,提升2 m 后在搖頭桿上另掛2 個(gè)5 t 手拉葫蘆,將先前的5 t 葫蘆取掉;再次拉收手拉葫蘆提升搖頭桿,收到主桿底部約高于支承底盤;最后將搖頭桿支承底盤從下層上移一層大型貝雷片,放松手拉葫蘆使主桿底端落入支承底盤,最后取掉手拉葫蘆,將附著間的嵌緊鍥塊安裝好,進(jìn)行下一節(jié)段的吊裝。

      圖7 爬升式搖頭桿爬升圖示

      3.6 搖頭桿拆除

      爬升式搖頭輔助大型貝雷片塔架至安裝高度,安裝塔頂索鞍及跑車臨時(shí)擱置平臺(tái),纜機(jī)設(shè)備安裝完畢,無需拆除。待纜機(jī)施工完畢,利用搖頭桿對(duì)大型貝雷片塔架進(jìn)行拆除,塔架拆除施工工藝與安裝工藝相反,不再贅述。待塔架下降至地下4 節(jié),利用25 t 汽車起重機(jī)輔助拆除爬升式搖頭桿及底下4 節(jié)大型貝雷片。

      3.7 塔架安拆安全注意事項(xiàng)

      1)塔架安拆時(shí)風(fēng)速不大于六級(jí),否則應(yīng)停止安拆。

      2)參加塔架安拆的操作人員應(yīng)熟悉塔架及爬升式搖頭桿的結(jié)構(gòu)、性能及其施工工藝、使用說明書的各項(xiàng)有關(guān)要求,操作要領(lǐng)與安全規(guī)程。

      3)在塔架安拆前,應(yīng)認(rèn)真檢查機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備及安全保護(hù)裝置。

      4)在施工時(shí),必須設(shè)專人指揮,各位置的操作人員必須聽從指揮,不得擅自進(jìn)行起吊和其他作業(yè);發(fā)出緊急停車信號(hào)后,操作人員均應(yīng)立即停車。

      5)起吊、牽引操作人員必須在確認(rèn)指揮信號(hào)后方可進(jìn)行操作,操作前應(yīng)先鳴鈴或發(fā)出信號(hào)。

      6)所有參加安拆的操作人員必須是將來參加正式吊裝的操作人員,在正式吊裝過程中不得隨意變動(dòng)操作人員。

      7)起吊重物下嚴(yán)禁站人;其他施工設(shè)備遠(yuǎn)離起吊范圍應(yīng)不小于10 m。

      8)禁止高空拋物,施工工具收好,不得隨意丟放。

      9)起吊時(shí)應(yīng)起落平穩(wěn),嚴(yán)禁斜拉、斜吊或超載起吊;六級(jí)以上大風(fēng)嚴(yán)禁起吊;嚴(yán)禁吊送人員。

      10)工作完畢后,應(yīng)卷揚(yáng)機(jī)切斷電源,并對(duì)電源閘刀盒加鎖。

      4 爬升式搖頭桿驗(yàn)算[5]

      采用Midas/Civil 軟件建立爬升式搖頭桿受力模型,其中主桿與主梁采用梁單元,主桿在底部固接處理,拉桿采用桁架單元。

      1)工況1

      搖頭桿兩端對(duì)稱吊額定吊重物為3 t,由圖8 ~圖10 可知,搖頭桿受最大應(yīng)力為33 MPa <[σ]=170 MPa,滿足要求;最大支反力為100 kN,搖頭桿支承底盤承受100 kN 的豎向荷載,由2 條2 拼匚10 槽鋼承受,單條2 拼匚10 承受的最大彎矩為M=0.3×25 =7.5 kN·m,2 拼匚10 的抗彎模量為W=65 600 mm3,彎曲應(yīng)力為σ=7.5×1 000 000/65 600 =114 MPa <160 MPa,滿足要求。一階失穩(wěn)模態(tài)系數(shù)K1=15.4 >4,滿足要求。

      圖8 搖頭桿兩端對(duì)稱吊重物時(shí)應(yīng)力圖(最大33 MPa)

      圖9 搖頭桿兩端對(duì)稱吊重物時(shí)支反力圖(最大100 kN)

      圖10 搖頭桿兩端對(duì)稱吊重物時(shí)失穩(wěn)模態(tài)圖(K1 =15.4 >4)

      2)工況2

      搖頭桿偏載吊額定吊重物為3 t,由圖11 ~圖13 可知,搖頭桿受最大應(yīng)力為134 MPa <[σ]=170 MPa,滿足要求;最大豎直反力為70 kN <100 kN(工況1),搖頭桿支承底盤的2 條2 拼匚10 槽鋼受力滿足要求,不再贅述。

      圖11 搖頭桿偏載吊重物時(shí)應(yīng)力圖(最大134 MPa)

      圖12 搖頭桿偏載吊重物時(shí)支反力圖(豎向最大70 kN,橫向最大48 kN)

      圖13 搖頭桿偏載吊重物時(shí)失穩(wěn)模態(tài)圖(K1 =20 >4)

      最大水平反力為48 kN,由附著提供6 顆M22 螺栓的抗剪力承受,共能承受的剪力Q=6×140×380 N =319 200 N =319 kN >48 kN,滿足要求。一階失穩(wěn)模態(tài)系數(shù)K1=20 >4,滿足要求。

      3)搖頭桿驗(yàn)算結(jié)論

      由以上計(jì)算結(jié)果可知,爬升式搖頭桿在偏載與對(duì)稱吊裝情況下桿件受力均小于170 MPa 的許用應(yīng)力,一階失穩(wěn)模態(tài)系數(shù)K1均大于4,搖頭桿強(qiáng)度與穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求。

      5 施工效果

      通過實(shí)踐檢驗(yàn),超高塔架采用爬升式搖頭桿輔助安拆塔架的費(fèi)用比采用汽車起重機(jī)等輔助安拆減少將近一半,且由于搖頭桿每次吊裝8 片大型貝雷片,工效大大提高,比汽車起重機(jī)等起重設(shè)備單獨(dú)一片安裝或一次只吊4 片大型貝雷片安拆時(shí)間顯著減小。

      6 結(jié)語

      爬升式搖頭桿用于輔助纜機(jī)大型貝雷片塔架安拆施工,能夠提高施工效率,降低施工成本,提高拼裝作業(yè)安全,已多次應(yīng)用于纜機(jī)塔架的安拆。爬升式搖頭桿制作簡便成本低,且操作起來方便,具有很好地實(shí)用價(jià)值;為加強(qiáng)高空作業(yè)安全性,設(shè)計(jì)研發(fā)移動(dòng)操作平臺(tái)與爬升式搖頭桿配套使用,隨著塔身的升降而移動(dòng),解決傳統(tǒng)每層搭設(shè)臨時(shí)操作平臺(tái)的問題,減少高空搭設(shè)施工平臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)節(jié)約了每層搭設(shè)平臺(tái)的材料與施工費(fèi)用。綜合實(shí)現(xiàn)成本可控、效益提升的目的,爬升式搖頭桿在大型貝雷片塔架的使用具有減原材、提工效、可周轉(zhuǎn)、強(qiáng)安全等優(yōu)點(diǎn),可在同類型工程或與地形地貌相關(guān)工程中廣泛推廣。

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