大跨徑重載纜索起重機

李拔周1，2，3 紀 岩1
，2，31 中交武漢港灣工程設計研究院有限公司 武漢 4300402 海工結構新材料及維護加固技術湖北省重點實驗室 武漢 4300403 交通運輸行業交通基礎設施智能製造技術研發中心 武漢 430040

摘 要：常(chang)規(gui)懸(xuan)索(suo)橋(qiao)鋼(gang)桁(heng)梁(liang)采(cai)用(yong)纜(lan)載(zai)起(qi)重(zhong)機(ji)進(jin)行(xing)吊(diao)裝(zhuang)，纜(lan)索(suo)起(qi)重(zhong)機(ji)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)跨(kua)越(yue)能(neng)力(li)極(ji)強(qiang)的(de)起(qi)重(zhong)設(she)備(bei)，在(zai)大(da)跨(kua)徑(jing)橋(qiao)梁(liang)施(shi)工(gong)中(zhong)也(ye)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。尤(you)其(qi)在(zai)環(huan)境(jing)受(shou)限(xian)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，在(zai)經(jing)濟(ji)性(xing)和(he)便(bian)利(li)性(xing)上(shang)有(you)著(zhe)無(wu)可(ke)比(bi)擬(ni)的(de)優(you)勢(shi)。以(yi)大(da)跨(kua)徑(jing)超(chao)重(zhong)節(jie)段(duan)鋼(gang)桁(heng)梁(liang)懸(xuan)索(suo)橋(qiao)上(shang)部(bu)結(jie)構(gou)施(shi)工(gong)為(wei)依(yi)托(tuo)
，對(dui)大(da)跨(kua)徑(jing)重(zhong)載(zai)纜(lan)索(suo)起(qi)重(zhong)機(ji)應(ying)用(yong)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)。通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)纜(lan)索(suo)起(qi)重(zhong)機(ji)安(an)裝(zhuang)工(gong)藝(yi)
，解(jie)決(jue)了(le)跨(kua)中(zhong)部(bu)分(fen)區(qu)域(yu)頂(ding)麵(mian)在(zai)主(zhu)纜(lan)以(yi)上(shang)梁(liang)段(duan)的(de)吊(diao)裝(zhuang)難(nan)題(ti)，優(you)化(hua)鋼(gang)桁(heng)梁(liang)吊(diao)裝(zhuang)的(de)工(gong)序(xu)，有(you)利(li)於(yu)保(bao)證(zheng)施(shi)工(gong)安(an)全(quan)。

關鍵詞：大跨徑；重載
；纜索起重機
；懸索橋
；吊裝

中圖分類號：TV53+2 文獻標識碼：A 文章編號：1001-0785（2020）13-0050-05

0 引yin言yan纜lan索suo起qi重zhong機ji又you叫jiao走zou線xian滑hua車che
，是shi掛gua有you取qu物wu裝zhuang置zhi的de起qi重zhong小xiao車che沿yan架jia空kong承cheng載zai索suo運yun行xing的de起qi重zhong機ji，常chang用yong在zai其qi他ta吊diao裝zhuang方fang法fa不bu便bian或huo不bu經jing濟ji的de場chang合he。纜lan索suo起qi重zhong機ji具ju有you起qi升sheng高gao度du大da、起重作業跨度大、作業範圍廣、在特定條件下可發揮其他起重機械所不能發揮的作用等特點，被廣泛應用於水電站建設、公路鐵路橋梁建設、港口搬運和渡槽架設等方麵的施工，圖1 為纜索起重機在橋梁建設中的應用。

1 依托工程概況溫州甌江北口大橋項目是甬台溫高速公路複線和溫州市南金公路兩大項目跨越甌江的控製性工程。甌江北圖1 纜索起重機在橋梁建設施工中的應用口大橋主橋係國內外首座三塔四跨雙層加勁梁懸索橋，主跨跨徑為2×800 m
，三塔均采用鋼筋混凝土結構，結構布置如圖2所示。主跨跨中部分區域梁段頂麵在主纜以下
，中跨布置圖如圖3 所示。

圖2 甌江北口大橋主橋結構布置圖

圖3 中跨布置圖

如圖4 所示， 梁跨布置為215+800+800+275 ＝2 090 m，加勁梁采用板桁組合式整體加勁梁，桁寬為36.2 m，吊索距主桁中心為2.8 m
，中跨纜徑為874mm，吊索與主桁淨距約1.85 m，全橋共110 個吊裝節段。

圖4 加勁梁布置圖

上部結構施工的主要特點有：1）主跨跨中部分區域梁段頂麵在主纜以上，範圍約220 m
；2）加勁梁最大重量達到813 t，對纜索起重機要求高；3）若利用主纜為支撐結構假設主梁
，為滿足中塔處主纜鋼絲與鞍座槽間抗滑移安全要求
，兩個主跨應保證對稱同步安裝加勁梁。

2 總體施工工藝研究懸索橋上部結構加勁梁施工采用的施工方法包括橋麵起重機施工法

、纜索起重機施工法、纜載起重機施工法和軌索移梁法等，或其中的幾種方法組合施工。

1）浮式起重機＋纜(lan)載(zai)起(qi)重(zhong)機(ji)提(ti)升(sheng)安(an)裝(zhuang)浮(fu)式(shi)起(qi)重(zhong)機(ji)安(an)裝(zhuang)跨(kua)中(zhong)比(bi)主(zhu)纜(lan)低(di)的(de)鋼(gang)桁(heng)梁(liang)
，然(ran)後(hou)利(li)用(yong)纜(lan)載(zai)起(qi)重(zhong)機(ji)安(an)裝(zhuang)剩(sheng)下(xia)的(de)鋼(gang)桁(heng)梁(liang)。該(gai)方(fang)案(an)的(de)主(zhu)要(yao)問(wen)題(ti)是(shi)對(dui)浮(fu)式(shi)起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)起(qi)升(sheng)高(gao)度(du)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)，浮(fu)式(shi)起(qi)重(zhong)機(ji)進(jin)出(chu)工(gong)作(zuo)麵(mian)時(shi)需(xu)長(chang)距(ju)離(li)橫(heng)移(yi)和(he)大(da)角(jiao)度(du)俯(fu)仰(yang)，且(qie)大(da)型(xing)浮(fu)式(shi)起(qi)重(zhong)機(ji)長(chang)期(qi)橫(heng)江(jiang)駐(zhu)位(wei)布(bu)置(zhi)於(yu)主(zhu)纜(lan)間(jian)，嚴(yan)重(zhong)影(ying)響(xiang)通(tong)航(hang)。

2）橋麵起重機懸臂拚裝橋麵起重機反力主要由桁梁承擔，斜杆應力大，隨懸臂長度增加，吊索索力增大
，主梁和吊索均需加強。

3）連續千斤頂提升安裝從跨中向兩側索塔，采用連續千斤頂倒提升工藝對稱安裝
；每吊裝一個節段，需安拆一次臨時索夾、提升索、連續千斤頂和泵站；吊索錨固於下橫梁，提升設備需布置於橫梁下方；該方案施工操作不便，且工效較低。

4）纜索起重機提升安裝目前，在兩塔懸索橋中應用較多
，在三塔懸索橋應用案例較少。通過對以上方案在安全、工效和使用操作便捷性方麵綜合考慮
，采用纜索起重機提升安裝方案[1
，2]。

3 大跨徑重載纜索起重機設計3.1 纜索起重機設計采用三塔四跨纜索起重機，解決中跨高於主纜的鋼桁梁安裝問題
，減少對通航的影響
，總體布置如圖5 所示。

圖5 纜索起重機總體布置

纜索起重機主要由埋件係統、主索、起重索、牽引索、起重小車和吊具等組成。埋件係統包括主索在兩側錨碇錨固、卷juan揚yang機ji錨mao固gu和he塔ta頂ding轉zhuan索suo鞍an錨mao固gu。主zhu索suo是shi承cheng受shou起qi重zhong荷he載zai的de直zhi接jie受shou力li構gou件jian，主zhu索suo的de垂chui度du選xuan擇ze決jue定ding了le起qi升sheng高gao度du。起qi重zhong索suo用yong於yu提ti升sheng加jia勁jin梁liang的de起qi升sheng機ji構gou
，牽qian引yin索suo用yong於yu控kong製zhi起qi重zhong小xiao車che的de調tiao位wei。起qi重zhong小xiao車che一yi方fang麵mian把ba起qi重zhong荷he載zai傳chuan遞di至zhi承cheng重zhong索suo
，同tong時shi可ke在zai承cheng重zhong索suo上shang在zai牽qian引yin索suo作zuo用yong下xia移yi動dong。吊diao具ju的de主zhu要yao作zuo用yong是shi實shi現xian與yu加jia勁jin梁liang連lian接jie。

纜(lan)索(suo)起(qi)重(zhong)機(ji)安(an)裝(zhuang)主(zhu)梁(liang)工(gong)效(xiao)高(gao)，能(neng)縮(suo)短(duan)上(shang)部(bu)結(jie)構(gou)安(an)裝(zhuang)時(shi)間(jian)，盡(jin)早(zao)完(wan)成(cheng)合(he)攏(long)。主(zhu)跨(kua)采(cai)用(yong)從(cong)中(zhong)塔(ta)往(wang)兩(liang)側(ce)邊(bian)塔(ta)的(de)架(jia)設(she)順(shun)序(xu)，提(ti)高(gao)主(zhu)纜(lan)索(suo)股(gu)抗(kang)滑(hua)移(yi)能(neng)力(li)和(he)主(zhu)梁(liang)安(an)裝(zhuang)工(gong)效(xiao)。纜(lan)索(suo)起(qi)重(zhong)機(ji)的(de)主(zhu)要(yao)技(ji)術(shu)參(can)數(shu)有(you)：跨度為800 m
，起重量為850 t，起升高度為50 m，主索材質為4-14Ф 64，起重索材質為4-Ф 30

，牽引索材質為4-2Ф 30。

為滿足850 t 起重能力要求
，主索數量需達到56 根。考慮到結構分塊運輸安裝的便捷性，將56 根主索分主索一共分為4 組，每組14 根直徑64 mm 鋼絲繩組成。其他機構布置也根據主索的布置分為4 組單元。主索在主塔頂設置轉索鞍，轉索鞍橫向布置圖如圖6 所示。

圖6 轉索鞍橫向布置圖

為wei了le防fang止zhi兩liang中zhong跨kua不bu對dui稱cheng起qi吊diao時shi造zao成cheng主zhu索suo滑hua移yi
，主zhu索suo在zai中zhong塔ta頂ding斷duan開kai，通tong過guo在zai主zhu塔ta頂ding設she置zhi埋mai入ru式shi抗kang剪jian件jian與yu兩liang側ce的de主zhu索suo連lian接jie
，當dang兩liang側ce出chu現xian不bu對dui稱cheng的de荷he載zai時shi，可ke通tong過guo抗kang剪jian件jian抵di消xiao，做zuo到dao兩liang跨kua纜lan索suo起qi重zhong機ji互hu不bu影ying響xiang。中zhong塔ta兩liang側ce設she置zhi起qi重zhong及ji牽qian引yin索suo的de轉zhuan向xiang滑hua輪lun，如ru圖tu7 所示。

邊塔塔頂設置轉索鞍，主索通過轉索鞍後經邊跨錨固於錨碇上的埋件上，埋件與主索間設置可調裝置
，以調整主索的線形，如圖8 所示。圖9 為牽引和起重繩索繞線圖，牽引係統采用循環牽引係統，牽引繩倍率為8，起重繩倍率為12，每組主索設2 台起重和2 台牽引卷揚機。

每組起重單元采用4 個分離式的跑車，跑車上連接上掛架，吊具上設置下掛架
，上下掛架分別設置定滑輪和動滑輪組，跑車及吊具布置如圖10 所示。

圖7 中塔轉索鞍布置圖

圖8 主索錨固

圖9 牽引和起重繞線布置圖

圖10 跑車及吊具布置圖

較(jiao)大(da)的(de)跨(kua)徑(jing)和(he)起(qi)重(zhong)能(neng)力(li)導(dao)致(zhi)主(zhu)索(suo)及(ji)其(qi)他(ta)繩(sheng)索(suo)直(zhi)徑(jing)均(jun)較(jiao)大(da)，為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)繩(sheng)索(suo)的(de)安(an)裝(zhuang)問(wen)題(ti)，在(zai)塔(ta)頂(ding)設(she)置(zhi)專(zhuan)用(yong)門(men)架(jia)，在(zai)門(men)架(jia)上(shang)設(she)置(zhi)牽(qian)索(suo)裝(zhuang)置(zhi)，繩(sheng)索(suo)安(an)裝(zhuang)門(men)架(jia)見(jian)圖(tu)11[3，4]。

圖11 繩索安裝門架圖

3.2 總體工藝流程1）主纜架設完成後安裝纜索起重機，同步搭設無索區支架；2）纜索起重機蕩移安裝中
、邊塔無索區鋼桁梁；3）纜索起重機依次從中塔向兩側同步吊裝鋼桁梁
，邊跨無索區鋼桁梁采用倒提升裝置吊裝滑移至安裝位置


，如圖12 所示；4）纜索起重機繼續同步吊裝跨中鋼桁梁，邊跨鋼桁梁采用倒提升裝置同步安裝
，如圖13 所示；5）先中塔


、後邊塔順序吊裝合攏段；6）鋼桁梁栓焊

，支架、纜索吊拆除。

圖12 中跨鋼桁梁安裝圖

圖13 中跨邊跨鋼桁梁同步安裝圖

4 計算分析4.1 主索垂度及錨固計算主索垂度和在中塔的錨固形式是兩個互相影響的問題。如圖14 所示
，若主索在中塔設置為滑動式，當主索采用1:15 垂度
，則在兩側同步起吊過程中，主索矢高為53.3 m；當單側起吊時，由於主索滑移，最大矢高為71.3 m，無法滿足吊高要求。

圖14 主索1:15 垂度時吊裝圖

若要使吊高滿足要求，則應將垂度提升至1:20，此時單側起吊主索的最大矢高為52.8 m，吊高滿足要求，但主索的規模增加約30%，經濟性降低。

jiadingzhusuozaizhongtadingweibuhuadongshi，ganghengliangbutongbudiaozhuangshihuizaitadingchanshengshuipingli，fuhezhutashoulishifoumanzuyaoqiu，tongguojisuan
，gaigongkuangxiazhusuochuiduan1:15 計算，主塔的應力滿足要求，如圖15 所示。

圖15 主塔應力圖

因此，選擇主索在塔頂不滑移
，主索垂度為1:15的總體布置形式。

4.2 中塔頂板局部計算根據規範驗算中塔頂板局部受力，單位寬度截麵抗彎承載能力818 kN·m ＞實際彎矩645 kN·m。中塔錨固處上橫梁頂板受力滿足要求，如圖16 所示。

圖16 中塔頂板局部應力圖

4.3 主要部件計算跑車是起重的重要承載構件
，建立完整模型對小車結構進行計算，結構最大應力為154.3 MPa，如圖17所示。

圖17 跑車結構應力圖

塔頂主索錨固裝置涉及主索錨固安全，考慮了錨固區域開孔影響。計算分為兩種情況：一是錨固位置考慮一側按吊重時最大索力（900 kN）加載，另一側按照空載時索力（500 kN）加載，即單側起吊工況。二是中塔兩側纜索起重機均按吊重時最大索力（900 kN）加載，即同步起吊工況。靖計算結構最大應力分別為140 MPa和148.4 MPa，如圖18 所示
，滿足規範要求。

圖18 塔頂主索錨固裝置應力圖

當起吊點越靠近兩側主塔時
，跑車與主索之間的角度就會越大
，相應地導致牽引索的力增大，吊點離邊塔25 m 處主索的線形如圖19 所示。主索的轉角約為25.3°
，經計算牽引索的安全係數滿足要求[5
，6]。

圖19 吊點離邊塔25m 處主索線形圖

5 結(jie)束(shu)語(yu)結(jie)合(he)溫(wen)州(zhou)甌(ou)江(jiang)北(bei)口(kou)大(da)橋(qiao)的(de)實(shi)際(ji)施(shi)工(gong)情(qing)況(kuang)，深(shen)入(ru)研(yan)究(jiu)了(le)鋼(gang)桁(heng)梁(liang)的(de)架(jia)設(she)工(gong)藝(yi)，對(dui)比(bi)了(le)多(duo)種(zhong)不(bu)同(tong)施(shi)工(gong)方(fang)法(fa)的(de)優(you)缺(que)點(dian)。纜(lan)索(suo)起(qi)重(zhong)機(ji)在(zai)大(da)跨(kua)度(du)鋼(gang)桁(heng)梁(liang)施(shi)工(gong)中(zhong)
，雖(sui)經(jing)濟(ji)性(xing)並(bing)非(fei)最(zui)好(hao)，但(dan)在(zai)受(shou)限(xian)環(huan)境(jing)下(xia)卻(que)是(shi)較(jiao)安(an)全(quan)便(bian)捷(jie)的(de)施(shi)工(gong)方(fang)法(fa)。纜(lan)載(zai)起(qi)重(zhong)機(ji)規(gui)模(mo)龐(pang)大(da)，對(dui)主(zhu)塔(ta)本(ben)身(shen)受(shou)力(li)影(ying)響(xiang)顯(xian)著(zhu)。通(tong)過(guo)對(dui)塔(ta)本(ben)身(shen)及(ji)其(qi)在(zai)塔(ta)頂(ding)設(she)置(zhi)的(de)錨(mao)固(gu)裝(zhuang)置(zhi)等(deng)驗(yan)算(suan)分(fen)析(xi)，確(que)定(ding)最(zui)優(you)的(de)纜(lan)索(suo)起(qi)重(zhong)機(ji)結(jie)構(gou)形(xing)式(shi)。隨(sui)著(zhe)我(wo)國(guo)橋(qiao)梁(liang)建(jian)設(she)向(xiang)大(da)跨(kua)徑(jing)方(fang)向(xiang)的(de)深(shen)入(ru)推(tui)進(jin)

，類(lei)似(si)的(de)橋(qiao)梁(liang)會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)，該(gai)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)和(he)應(ying)用(yong)必(bi)將(jiang)得(de)到(dao)推(tui)廣(guang)，為(wei)國(guo)內(nei)外(wai)類(lei)似(si)橋(qiao)梁(liang)的(de)施(shi)工(gong)提(ti)供(gong)了(le)更(geng)多(duo)的(de)思(si)路(lu)。

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