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?yàn)椋?8m+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(diǎn)，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(shí)桿件組成,鋼梁節(jié)段最大重量為650t，安裝面有9個(gè)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(yùn)輸至橋位正下方，再由架橋起重機(jī)將其安全準(zhǔn)確地提升至橋面并利用吊點(diǎn)縱、橫移機(jī)構(gòu)及吊具調(diào)平機(jī)構(gòu)配合進(jìn)行對位和拼接。本文將對該架梁起重機(jī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行較為深入地探討和研究。

2 起重機(jī)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(diǎn)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(jìn)行拼接對位時(shí)吊具最小幅度為9m。因此本方案起重機(jī)采用變幅機(jī)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)?dòng)滑輪組放置到橋面進(jìn)行檢修，擬確定最大起升高度為45m.

3 起重機(jī)起吊方案的比選

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

1）2臺起重機(jī)抬吊 此方案優(yōu)點(diǎn)：起重機(jī)設(shè)計(jì)制造相對簡單，單機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)寬度較小、重量輕、成本低，起重機(jī)步履前移可有效避開橋面索面區(qū)索導(dǎo)管的干涉。缺點(diǎn)是：①起重機(jī)數(shù)量需增加一倍，總成本反而高；②起重機(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)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(jì)一個(gè)專門的吊具，此吊具結(jié)構(gòu)龐大笨重、成本高。

2）兩點(diǎn)抬吊輔助中桁臨時(shí)調(diào)整提升裝置 此方案可將起重機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)成與鋼梁節(jié)段三桁相對應(yīng)的形式，立面由3個(gè)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(jī)架的剛度和穩(wěn)定性,如圖1所示。在機(jī)架頂部兩邊桁主梁上各設(shè)置一個(gè)吊點(diǎn)和一套吊點(diǎn)縱橫移機(jī)構(gòu)（變幅和橫向調(diào)整裝置），每個(gè)吊點(diǎn)額定起重量為350t，起升卷揚(yáng)機(jī)采用同步控制。在機(jī)架中桁主梁上設(shè)置臨時(shí)調(diào)整提升油缸，額定提升重量為300t，用于鋼梁安裝時(shí)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(diǎn)：①起升機(jī)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(diǎn)：起重機(jī)的支點(diǎn)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(diǎn)同時(shí)起吊 此方案起重機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)同方案2，在機(jī)架頂部3個(gè)主梁上各設(shè)置一個(gè)吊點(diǎn)和一套吊點(diǎn)縱橫移機(jī)構(gòu)（變幅和橫向調(diào)整裝置）。兩邊桁吊點(diǎn)額定起重量為250t，每個(gè)吊點(diǎn)均設(shè)置荷載控制傳感器，通過工控機(jī)和PLC實(shí)現(xiàn)3個(gè)吊點(diǎn)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(yáng)起升機(jī)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(shí)，亦可解開控制鎖定，實(shí)現(xiàn)單個(gè)點(diǎn)動(dòng)，方便鋼梁安裝對接。此方案的優(yōu)點(diǎn)：①三吊點(diǎn)同時(shí)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(jī)和PLC控制技術(shù)，自動(dòng)化程度較高，避免了司機(jī)誤操作，起吊安全可靠。缺點(diǎn)：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(diǎn)同時(shí)起吊的方式。

4 前支點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式研究

由于天興洲長江大橋?yàn)槿髅嫘崩瓨?，其橋面三桁（兩邊桁加中桁）相對?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(jī)底架無法直接支承在橋面上弦桿上。要使起重機(jī)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(jī)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(jī)墊高，以避開索導(dǎo)管?？v移時(shí)，起重機(jī)通過滑靴支承在滑道梁上，依靠油缸的伸縮使整機(jī)的支承滑靴在滑道梁的軌道上滑動(dòng)來實(shí)現(xiàn)整機(jī)向前移動(dòng)。起重機(jī)的前支點(diǎn)可以采用帶鎖定液壓螺旋頂，縱移時(shí)將其旋起來以避開索道管，待起重機(jī)到達(dá)起吊工位時(shí)，再將其旋出來支頂好。螺旋頂可通過分配梁將支點(diǎn)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(diǎn)示意圖

5 后錨點(diǎn)位置的確定

通常情況下，起重機(jī)的后錨固點(diǎn)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(qiáng)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(shí)吊耳作為錨固點(diǎn)，這樣既安全又可靠。在設(shè)計(jì)起重機(jī)的底架時(shí)，根據(jù)起重機(jī)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(jī)構(gòu)研究

為把要拼裝對接的鋼梁節(jié)段的接頭移進(jìn)已經(jīng)架設(shè)好的鋼梁接頭里，需將吊點(diǎn)向內(nèi)移，這就需要在吊點(diǎn)底座與機(jī)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(shí)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(diǎn)能進(jìn)行橫向平移，這需要在吊點(diǎn)與吊點(diǎn)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(jī)構(gòu)的研究

圖3 吊點(diǎn)縱橫移機(jī)構(gòu)示意圖

由于每個(gè)鋼梁節(jié)段的設(shè)計(jì)重心位置不盡相同，理論重心與實(shí)際制造重心也存有誤差，因此在考慮吊具方案時(shí)，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(gè)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(diǎn)，提出了鋼桁梁整節(jié)段架設(shè)用起重機(jī)的總體方案。同時(shí)根據(jù)本橋鋼桁梁節(jié)段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和鋼梁架設(shè)實(shí)際施工工況，對遇到的各種實(shí)際問題，提出了該起重機(jī)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(jī)的研制具有借鑒和參考意義。 O