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(nèi)基建水平的提高，橋梁設(shè)計理論水平研究也越來越深入，橋梁跨度越來越大，結(jié)構(gòu)形式越來越多樣化，吊裝重量也越來越大，橋梁建設(shè)越來越復(fù)雜。部分山區(qū)、大江大河、市政道路需要設(shè)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(shè)計纜索吊裝系統(tǒng)，纜索吊設(shè)備投入大，多套系統(tǒng)共同運行，纜索吊系統(tǒng)空間設(shè)計復(fù)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(jié)構(gòu)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(shè)，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(yīng)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(fēng)索、纜塔、跨塔天車、跨塔索鞍、錨碇、控制系統(tǒng)等機構(gòu)。承重索、起重索、牽引索、纜風(fēng)索、纜塔、錨碇、控制系統(tǒng)均與傳統(tǒng)纜索吊機結(jié)構(gòu)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(dān)式”結(jié)構(gòu)，可以采用“上翻式”或“下掛式”2 種結(jié)構(gòu)（見圖1）?！吧戏健苯Y(jié)構(gòu)僅能天車空載運行，構(gòu)件在同跨范圍掛鉤起吊安裝；“下掛式”結(jié)構(gòu)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(cè)牽引鋼絲繩離開塔頂轉(zhuǎn)向輪，另一側(cè)牽引鋼絲繩需要歸位入塔頂轉(zhuǎn)向輪，從結(jié)構(gòu)上需要考慮起重及牽引鋼絲繩能精準落入轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)吊裝施工，纜索吊結(jié)構(gòu)布置更簡單；

3）部分在大江大河上的多跨懸索橋、拱橋結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)更為簡潔，避免了采用傳統(tǒng)纜索吊結(jié)構(gòu)需要布置多套系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)布置復(fù)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(zhuǎn)向輪繩槽；

3）大跨度結(jié)構(gòu)，多塔聯(lián)跨纜索吊機支索器設(shè)計較為復(fù)雜。

3 多塔聯(lián)跨纜索吊機設(shè)計計算

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

3.1 承重索設(shè)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(guān)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(dān)的單吊鉤集荷載；q 為主索承擔(dān)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(shè)計

起重及牽引索設(shè)計與傳統(tǒng)纜索吊機設(shè)計計算相同，設(shè)計計算可參考傳統(tǒng)纜索吊機設(shè)計。但起重及牽引索在索鞍前后需要設(shè)計在一條直線上，不能有偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向輪，產(chǎn)生繩索跳槽、磨繩等問題。

3.3 索鞍及天車設(shè)計

天車和索鞍設(shè)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)改變?yōu)閼冶凼絺髁Y(jié)構(gòu)，上掛架及起重、牽引繩集中在中部，走行機構(gòu)設(shè)計在兩側(cè)，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(shè)計結(jié)構(gòu)形式，均可實現(xiàn)多塔聯(lián)跨的功能，但“上翻式”結(jié)構(gòu)更簡單，相對成本更低，結(jié)構(gòu)設(shè)計更容易實現(xiàn)；“下掛式”結(jié)構(gòu)從理論上講，可以帶載跨越索鞍，結(jié)構(gòu)適用性更強，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。

4 結(jié)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(fù)雜地形條件下拱橋、懸索橋結(jié)構(gòu)吊裝施工的難題，為今后橋梁設(shè)計及施工拓展了思路。