晏 偉

（中鐵二十四局集團橋梁建設(shè)有限公司，江西 南昌 330045）

0 引言

提梁機是一種為橋梁建設(shè)而專門設(shè)計的門式起重機，適用于經(jīng)常流動的橋梁制運架項目。提梁機主要由拼裝式主梁、支腿（立柱）、天車等組成，構(gòu)件間采用銷軸及高強螺栓連接，易于拆裝、運輸；與普通門式起重機相比，其安裝方便快捷、經(jīng)濟實用。

本文主要討論高鐵橋梁施工中兩臺配合抬吊預(yù)制橋梁的提梁機，單臺起重量一般為450 t，配置了支腿行走、天車行走及天車起吊設(shè)備，可以實現(xiàn)全方位機械化動作。提梁機主要用于將預(yù)制橋梁從制梁臺提吊至存梁臺位，預(yù)制橋梁養(yǎng)護完成后將其從存梁臺位吊運到運梁車上；還可以作為起重設(shè)備完成運架設(shè)備的組裝和拆卸。跨線提梁機還可用于架設(shè)提梁機軌道范圍內(nèi)的預(yù)制橋梁。

1 450 t提梁機常見型式

常見各種型式的450 t提梁機如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 450 t雙主梁輪軌式跨線提梁機（Y型支腿一個剛性、一個柔性）

圖2 450 t雙主梁輪軌式跨線提梁機（A型支腿一個剛性、一個柔性）

圖3 450 t雙主梁輪軌式不跨線提梁機（兩個固定支腿）

2 450 t雙主梁提梁機拼裝流程

450 t提梁機雖然支腿型式各有不同，但拼裝流程基本相同。雙主梁拼裝的原則是先吊裝距離吊機遠的主梁，再吊裝距離吊機近的主梁，確保吊裝時司機及指揮能夠清晰地看到被吊裝主梁。參考安裝工藝流程：確定安裝位置→安裝大車行走→支腿、主梁地面組拼→吊裝剛性支腿（拉設(shè)纜風(fēng)繩）→吊裝柔性支腿（拉設(shè)纜風(fēng)繩）→吊裝主梁1（遠的主梁）→吊裝主梁2（近的主梁）→吊裝橫梁→吊裝起重天車→安裝剩余走臺、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)→安裝鋼絲繩吊具→安裝電氣系統(tǒng)→整機完善并調(diào)試電氣系統(tǒng)→整機試運行。

3 提梁機支腿穩(wěn)定性及纜風(fēng)繩設(shè)置問題

3.1 輪軌式提梁機纜風(fēng)繩設(shè)置

450 t提梁機常見的走行機構(gòu)為輪軌式，由于走行輪放在走行軌道上，在提梁機支腿安裝到走行機構(gòu)上之后，自身無法穩(wěn)定，要及時安裝纜風(fēng)繩，確保支腿及走行機構(gòu)的穩(wěn)定性。

通過對各種高度尺寸的支腿纜風(fēng)繩穩(wěn)定性計算，可以歸納出以下情況：

1）考慮最大風(fēng)力10級的情況，對支腿纜風(fēng)繩進行計算，對于重心偏外側(cè)的剛性支腿，內(nèi)側(cè)需采用3根纜風(fēng)繩，外側(cè)需采用2根纜風(fēng)繩；柔性支腿因重心偏移不大，內(nèi)外側(cè)可均采用2根纜風(fēng)繩。內(nèi)外纜風(fēng)繩均有1根不納入計算，作為安全繩，增加保險系數(shù)。由于多根纜風(fēng)繩受力不均的問題，數(shù)量過多的纜風(fēng)繩工效并不高，還會增加錨點設(shè)置難度及操作難度，所以采用2～3根纜風(fēng)繩為宜。

2）纜風(fēng)繩的選型：考慮纜風(fēng)繩需均勻受力，同一側(cè)必須采用同樣型號的鋼絲繩作為纜風(fēng)繩。雖然通過計算內(nèi)外側(cè)可采用不同粗細的纜風(fēng)繩，但考慮纜風(fēng)繩的通用性以及為避免現(xiàn)場施工用錯纜風(fēng)繩，造成不安全隱患，故最好采用統(tǒng)一型號的鋼絲繩作為纜風(fēng)繩，原則是“取粗不取細”。

3）纜風(fēng)繩的設(shè)置距離：要根據(jù)提梁機支腿頂高度來確定。纜風(fēng)繩與地面的夾角在30°～45°較為合理[1]，雖然夾角更小纜風(fēng)繩的水平分力更大，但需要占用的施工用地范圍過大，會增加項目協(xié)調(diào)難度。如果角度大于45°，纜風(fēng)繩直徑就需要加大，或者增加纜風(fēng)繩的數(shù)量，由于多根纜風(fēng)繩受力不均的問題，數(shù)量過多的纜風(fēng)繩工效并不高，而且角度過大，纜風(fēng)繩豎向分力加大，對地錨的要求就更高，施工難度也會相應(yīng)增加。經(jīng)過多個項目實踐，夾角在30°～45°較為合理。在施工現(xiàn)場用地寬裕的情況下，角度可以更小一些，這樣纜風(fēng)繩的直徑可以選小一些，相應(yīng)對地錨的要求也可以低一些。

4）纜風(fēng)繩必須設(shè)置防失效措施，確保在手拉葫蘆失效情況下纜風(fēng)繩依然有效。纜風(fēng)繩使用時要檢查每根纜風(fēng)繩的受力情況，確保盡量受力均衡。

3.2 纜風(fēng)繩設(shè)置實例

下面以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6標(biāo)11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例進行分析。

3.2.1 剛性支腿的錨固

外側(cè)：用2根長42 m的?22 mm纜風(fēng)繩配合2件10 t手拉葫蘆錨固在錨點上。

內(nèi)側(cè)：用3根長42 m的?22 mm纜風(fēng)繩配合3件10 t手拉葫蘆和鋼絲繩錨固在錨點上。

3.2.2 柔性支腿的錨固

外側(cè)：用2根長42 m的?22 mm纜風(fēng)繩配合2件5 t手拉葫蘆錨固在錨點上。

內(nèi)側(cè)：用2根長42 m的?22 mm纜風(fēng)繩配合2件5 t手拉葫蘆和鋼絲繩錨固在錨點上。

纜風(fēng)繩設(shè)置防失效措施，每繩端用6個鋼絲繩夾固定。在實際使用中，用手拉葫蘆張緊纜風(fēng)繩后，每個纜風(fēng)繩端用6個鋼絲繩夾將纜風(fēng)鋼絲繩與錨點固定環(huán)夾緊，與手拉葫蘆一同起到雙保險的作用，確保在手拉葫蘆失效情況下纜風(fēng)繩依然有效。纜風(fēng)繩使用時要檢查每根纜風(fēng)繩的受力情況，確保盡量受力均衡。纜風(fēng)繩及錨固情況如圖4所示。

圖4 纜風(fēng)繩及錨固示意圖

3.2.3 剛性支腿纜風(fēng)繩計算

剛性支腿為74 t，纜風(fēng)繩吊耳高27.6 m，支腿重心位置標(biāo)高約為16 m，支腿迎風(fēng)面積約為150 m2。

按最大風(fēng)力10級計算風(fēng)載荷：

式中：K為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，K=1.25；C為風(fēng)力系數(shù)，C=1.35；P為計算風(fēng)壓，P=550 N/m2；A為支腿迎風(fēng)面積，A=150 m2。

風(fēng)載荷傾覆力矩：

式中：h為計算風(fēng)心高，h≈16 m。

剛性支腿1自重偏心傾覆力矩：

式中：MG為因自重偏心引起的偏心傾覆力矩；G為剛性支腿自重；e為自重偏心的距離，e=0.6 m。

假設(shè)剛性支腿安裝過程中偏斜角度為1°，支腿總成為74 t，支腿頂部高度27.6 m，支腿重心高度約為16 m，重心偏斜量為279 mm。

式中：MG1為因安裝偏斜角度引起的偏心傾覆力矩；G為剛性支腿自重；e1為因安裝偏斜角度引起的重心偏移量，e1=0.279 m。

雖然設(shè)置了3根纜風(fēng)繩，但考慮到受力分配不均，按2根纜風(fēng)繩計算強度，另外一根作為安全繩。剛性支腿內(nèi)側(cè)纜風(fēng)繩拉力：

式中：F拉為單根纜風(fēng)繩的拉力。

剛性支腿內(nèi)側(cè)纜風(fēng)繩選用?22mm-6×37-1770MPa鋼絲繩，查表得其破斷拉力為283 kN，K=283/71.32≈3.96＞3.5，鋼絲繩滿足要求。

剛性支腿內(nèi)側(cè)纜風(fēng)繩拉力為7.13 t，纜風(fēng)繩與錨點用10 t手拉葫蘆進行拉設(shè)，滿足使用要求。

剛性支腿外側(cè)纜風(fēng)繩：

剛性支腿外側(cè)纜風(fēng)繩選用?22mm-6×37-1770MPa鋼絲繩，查表得其破斷拉力為283 kN，K=283/50.99≈5.6＞3.5，鋼絲繩滿足要求。

剛性支腿外側(cè)纜風(fēng)繩拉力為5.1 t，纜風(fēng)繩與錨點用10 t手拉葫蘆進行拉設(shè)，滿足使用要求。

4 提梁機纜風(fēng)繩及錨點設(shè)置問題

4.1 提梁機纜風(fēng)繩錨點設(shè)置

1）提梁機跨度以36～40 m最為常見，所以提梁機支腿高度小于20 m的情況下，可采用纜風(fēng)繩錨點布置如圖5所示。

圖5 纜風(fēng)繩錨點布置示意圖（支腿高度小于20 m）

2）當(dāng)提梁機支腿高度大于20 m時，為確保纜風(fēng)繩拉設(shè)角度控制在45°以下，可采用纜風(fēng)繩錨點布置如圖6所示。

圖6 纜風(fēng)繩錨點布置示意圖（支腿高度大于20 m）

以上兩種情況是在場地建設(shè)時期，只知道擬用提梁機的跨度和高度參數(shù)的情況下，提前施工預(yù)埋錨點的示意圖。因為根據(jù)一般的施工安排，場地建設(shè)時期，提梁機的具體型號以及具體的拼裝方案是還沒有明確的，為了后續(xù)施工的便利，可以參考圖5、圖6提前施工預(yù)埋錨點。

4.2 預(yù)埋錨點設(shè)置

1）如現(xiàn)場條件允許，盡量設(shè)置預(yù)埋錨點，既安全可靠，又可在安裝拆除時多次使用，成本可控。

2）如現(xiàn)場預(yù)埋錨點施工有困難，可采用20 t左右的設(shè)備或重物作為臨時活動錨點，常見的作為臨時錨點的設(shè)備或重物可以為挖機、提梁機的卷揚機等，具體需要根據(jù)現(xiàn)場條件及設(shè)備拼裝方案計算確定。

5 吊裝鋼絲繩的選用及計算

5.1 主梁吊裝鋼絲繩的選用

1）如采用單臺吊機吊裝主梁，因吊點在主梁中心，根據(jù)吊裝四點起吊、三點平衡的原理，應(yīng)選用3根鋼絲繩，1長2短。鋼絲繩與所吊重物的水平夾角以45°～60°為宜[1]。

以新建龍巖至龍川鐵路龍巖至武平段LLZQ-2標(biāo)上杭北梁場450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：主梁1自重為89 t，加上鋼絲繩的重量約為90 t。吊裝索具：選用3根?60mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩[3]吊裝主梁，其中2根長度為12 m，1根長度為24 m。吊裝鋼絲繩位置如圖7所示。

圖7 龍龍鐵路單臺吊機吊裝主梁鋼絲繩位置示意圖

2）如采用2臺吊機抬吊主梁，因吊點在主梁兩端，那么可以選用同樣長度和直徑的2根或4根鋼絲繩，兜吊在主梁兩端，吊點與主梁兩端的距離對稱，確保2臺吊機承受載荷相同。

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標(biāo)11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：主梁1自重為75 t，加上鋼絲繩的重量約為76 t。吊裝索具：選用1對長度為12 m的?56mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩[3]吊裝主梁。吊裝鋼絲繩位置如圖8所示。

圖8 武宜鐵路雙機抬吊主梁鋼絲繩位置示意圖

5.2 支腿吊裝鋼絲繩的選用

支腿吊裝點在支腿頂端，因支腿是從地面平放吊裝成直立狀態(tài)，鋼絲繩在吊耳上會滑動，那么宜選用2根相同的鋼絲繩穿在吊耳上。

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標(biāo)11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：剛性支腿（不含下橫梁）自重為64 t，加上鋼絲繩的重量約為65 t。吊機：選用1臺260 t汽車吊主吊、2臺80 t汽車吊（溜尾）。吊裝索具：選用2根長度為12 m的?56mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩主吊，2根12 m的?30mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩配合溜尾。

5.3 吊裝鋼絲繩的計算

吊裝鋼絲繩安全系數(shù)的選擇：當(dāng)鋼絲繩通過重物構(gòu)件上的起重吊環(huán)吊裝構(gòu)件時，鋼絲繩的安全系數(shù)不應(yīng)小于6[1]；當(dāng)鋼絲繩兜吊重物構(gòu)件，且鋼絲繩與構(gòu)件棱角已采取穩(wěn)妥的保護措施時，鋼絲繩的安全系數(shù)應(yīng)取6～8[1]。

以新建龍巖至龍川鐵路龍巖至武平段LLZQ-2標(biāo)上杭北梁場450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：吊裝主梁1鋼絲繩配合卸扣掛在主梁蓋板上已焊好的吊耳上，查表得?60mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩的破斷拉力為210 t[3]，k=210×4/（89/sin 60°）≈8.2＞6，可知鋼絲繩扣在工作狀態(tài)下的安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標(biāo)11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：吊裝主梁1鋼絲繩為兜吊，查表得?56mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩的破斷拉力為183 t[3]，k=183×4/（75/sin 75°）≈9.4＞8，可知鋼絲繩扣在工作狀態(tài)下的安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

6 起重吊機的計算及選型

根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，特別是吊機站位的場地條件，選用單臺或2臺吊機吊裝主梁。如果現(xiàn)場條件允許，在提梁機軌道外側(cè)有吊機站位的場地，可以選用2臺吊機雙機抬吊；如果現(xiàn)場條件不允許，就只能選用單臺吊機吊裝主梁。

6.1 計算荷載、回轉(zhuǎn)半徑及起升高度的確定

6.1.1 吊裝計算荷載

吊機選型前先要確定最重的主梁計算荷載，吊裝計算荷載要考慮動載荷系數(shù)和不均衡荷載系數(shù)。計算載荷一般公式為：

式中：Qj為計算荷載；K1為動荷載系數(shù)；K2為不均衡荷載系數(shù)；Q為分配到一臺起重機的吊裝荷載，包括設(shè)備及吊具重量。

動荷載系數(shù)：起重機在吊裝重物的運動過程中所產(chǎn)生的對起吊機具負載的影響而計入的系數(shù)。一般取動載系數(shù)K1=1.1。

不均衡荷載系數(shù)：在多分支（多臺起重機、多套滑輪組等）共同抬吊一個重物時，由于起重機械之間的相互運動可能產(chǎn)生作用于起重機械、重物和吊索上的附加荷載，或由于工作不同步，各分支往往不能安全按設(shè)定的比例承擔(dān)載荷。一般取不均衡荷載系數(shù)K2=1.1～1.25。

6.1.2 回轉(zhuǎn)半徑

吊機作業(yè)回轉(zhuǎn)半徑根據(jù)現(xiàn)場情況具體確定。在多個拼裝方案中，吊裝主梁這樣的大型構(gòu)件，回轉(zhuǎn)半徑多數(shù)在10～14 m范圍內(nèi)。半徑太小，起重機與主梁太近，影響操作安全；半徑過大，起重機噸位選擇要加大，經(jīng)濟性不合理。

6.1.3 吊機最大起升高度

可通過計算得出起升高度：

式中：H為起重機吊臂頂端滑輪距離地面的高度；h1為主梁的高度；h2為索具高度（包括鋼絲繩、平衡梁、卸扣等的高度）；h3為主梁底高出支腿頂面的高度；h4為支腿頂面距離地面的高度。

6.1.4 臂長

通過回轉(zhuǎn)半徑和起升高度計算出臂長，然后通過查起重機性能表選擇合適的臂長。

6.2 起重吊機參數(shù)計算及選型實例

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標(biāo)11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：最重的主梁1自重為75 t，加上鋼絲繩的重量約為76 t，擬采用雙機抬吊。計算荷載=76×1.1×1.2=100.32 t（不均衡荷載系數(shù)K2取1.2）。根據(jù)現(xiàn)場情況，可以確定汽車吊的回轉(zhuǎn)半徑為14 m，吊機可以將重物從指定擺放位置吊裝就位。起升高度=30+3+6=39 m，計算出來臂長≥

那么通過各型號起重機性能參數(shù)表，查找能夠滿足回轉(zhuǎn)半徑14 m，臂長≥39.6 m，對應(yīng)的額定起重量能夠達到100.32/2=50.16 t以上的起重機型號。初選確定SAC2600T8起重機。

由起重機性能表（圖9）可知，SAC2600T8回轉(zhuǎn)半徑14 m，臂長選用40.4 m時，對應(yīng)的額定荷載為51.5 t，能夠滿足現(xiàn)場使用要求。

圖9 起重機性能參數(shù)表

7 結(jié)束語

450 t提梁機拼裝工程中，關(guān)鍵的技術(shù)問題在于提梁機的穩(wěn)定性計算、纜風(fēng)繩及錨點的設(shè)置計算、鋼絲繩計算選型以及起重設(shè)備計算選型等，確保施工的安全性是提梁機拼裝方案中技術(shù)問題的底線。每個環(huán)節(jié)的計算和選擇都要以相關(guān)的起重吊裝規(guī)范為依據(jù)，充分考慮安全系數(shù)和現(xiàn)場施工的關(guān)鍵控制點。