張亞平 黃程

摘 要：在大型橋梁施工建設(shè)中，橋面結(jié)構(gòu)的吊裝及吊裝設(shè)備的選取尤為重要，且西固大橋處于不通航地區(qū)，無(wú)法采用大型浮吊施工，為了保證施工順利進(jìn)行，本文設(shè)計(jì)了一種步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機(jī)，使用ANSYS有限元軟件對(duì)不同工況的分析，驗(yàn)證了該設(shè)備的合理性及可行性。最終該設(shè)備在本項(xiàng)目得到成功應(yīng)用，為類似橋面吊機(jī)的設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：自錨式;全回轉(zhuǎn);橋面吊機(jī);工況分析

中圖分類號(hào)：U445 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2019）06-0110-03

隨著我國(guó)交通量的逐步增大，在建橋梁日益增加，橋梁規(guī)模也逐漸增大，對(duì)橋面結(jié)構(gòu)吊裝設(shè)備的研究也越來(lái)越多，柳鑫星[1]等對(duì)之江大橋進(jìn)行了橋面吊機(jī)的設(shè)計(jì)，研發(fā)一種分離式可快速行走的橋面吊機(jī)結(jié)構(gòu);余瑋瑋[2]在三塔鋼箱梁斜拉橋施工中設(shè)計(jì)了橋面吊機(jī)，吊裝過(guò)程采用軟連接的方式，縮短了橋面吊機(jī)與吊耳的連接時(shí)間;陳鳴[3]等在蘇通大橋施工中設(shè)計(jì)了多功能橋面吊機(jī)，實(shí)現(xiàn)了集梁段吊裝和長(zhǎng)索梁端牽引入索角度調(diào)整裝置為一體;唐斌華[4]等對(duì)椒江二橋橋面吊機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);吳乾坤等對(duì)變幅式橋面吊機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，解決了三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)無(wú)法采用大型浮吊的問(wèn)題。

針對(duì)本橋的特點(diǎn)，本文研發(fā)了一種步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機(jī)，在全回轉(zhuǎn)移動(dòng)式桅桿起重機(jī)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行創(chuàng)新，在縱移滑道上設(shè)置錨固機(jī)構(gòu)裝置。該橋面吊機(jī)的設(shè)計(jì)對(duì)本橋施工較好的技術(shù)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益。

1工程概況

西固大橋是西北地區(qū)在黃河上跨度最大、塔身最高的結(jié)合梁斜拉橋，也是甘肅省首座高速公路斜拉橋。大橋跨過(guò)黃河，為國(guó)內(nèi)8級(jí)及以上地震區(qū)最大斜拉橋。本橋主塔形式為菱形塔，下橫梁高度較高（距離地面61m），落地支架搭設(shè)受限，且本橋處于黃河中上游不通航地區(qū)，針對(duì)橋面結(jié)構(gòu)吊裝，研發(fā)出一種步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機(jī)。

2橋面吊機(jī)主要構(gòu)造

本機(jī)主要由吊臂、上部構(gòu)造、起升及變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、下部構(gòu)造、步履機(jī)構(gòu)、電氣及液壓系統(tǒng)等部分組成。

2.1吊臂

吊臂（主臂）長(zhǎng)度28.5m，由四節(jié)組成，截面為矩型，格構(gòu)式組合構(gòu)件。主肢材料為20號(hào)鋼，綴條材料為20號(hào)鋼。主臂前端另有一節(jié)長(zhǎng)1.8m副臂。吊臂通過(guò)臂根鉸軸安裝于上轉(zhuǎn)臺(tái)上，與上轉(zhuǎn)臺(tái)一起回轉(zhuǎn)。臂頭內(nèi)裝有取力裝置及滑輪組。

2.2上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)由三角架、上部轉(zhuǎn)臺(tái)（上車體）組成;

三角架采用Q345c鋼板焊成箱形桿件，形成直角人字形主結(jié)構(gòu);頂部安裝變幅滑輪組，主副鉤鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪，底部與轉(zhuǎn)臺(tái)銷接;

上部轉(zhuǎn)臺(tái)采用工字型及圈梁斷面，轉(zhuǎn)臺(tái)前部設(shè)有吊臂鉸軸，下部有圈梁，通過(guò)回轉(zhuǎn)支承與下部轉(zhuǎn)臺(tái)相連。轉(zhuǎn)臺(tái)上裝有司機(jī)室，起升、變幅卷?yè)P(yáng)機(jī)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

2.3下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)由各種工字形及箱形梁組成，通過(guò)回轉(zhuǎn)支承與上車體相連;安裝有六個(gè)帶機(jī)械鎖定的油缸，用于工作時(shí)的支承。安裝的滑移支承塊在步履軌道上前后移位，移位動(dòng)力來(lái)源于油缸。步履軌道橫橋向間距為12.5m。

2.4起升、變幅機(jī)構(gòu)

主起升機(jī)構(gòu)：采用單出繩卷?yè)P(yáng)機(jī)，單繩拉力10t，鋼絲繩倍率4，采用φ28mm不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，型號(hào)為28-18x19W-IWS-1770，鋼絲繩長(zhǎng)度500米，卷?yè)P(yáng)機(jī)上安裝有排繩裝置，吊鉤滑輪為直徑φ500mm軋制滑輪。

副起升機(jī)構(gòu)：采用單出繩卷?yè)P(yáng)機(jī)，單繩拉力5t，鋼絲繩倍率2，采用φ20mm鋼絲繩，型號(hào)為20-18x19W+IWS-1770，鋼絲繩長(zhǎng)度為270米，吊鉤滑輪為直徑φ480mm軋制滑輪。

變幅機(jī)構(gòu)：采用單出繩卷?yè)P(yáng)機(jī)，單繩拉力6t，鋼絲繩倍率12，采用φ24mm不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，型號(hào)為24-6x19W+IWR-1770，鋼絲繩長(zhǎng)度為440米，滑輪為φ460mm軋制滑輪。

2.5回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

由驅(qū)動(dòng)裝置和支承裝置組成。驅(qū)動(dòng)裝置采用雙驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)型式為制動(dòng)電機(jī)+減速機(jī)+齒輪傳動(dòng)，采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng);支承裝置是聯(lián)接上下車體的關(guān)鍵部件，由三排滾柱、固定和轉(zhuǎn)動(dòng)圈組成，通過(guò)M30螺栓分別與上下車體連接，螺栓預(yù)緊力矩為1100N·M。

2.6走行機(jī)構(gòu)

本機(jī)構(gòu)由軌道梁、軌道梁支座、步履油缸組成。軌道梁支撐在橋體縱梁上。縱移時(shí)在支頂油缸收縮，整機(jī)支撐在軌道梁上，通過(guò)步履油缸頂升和收縮，實(shí)現(xiàn)整機(jī)步履式前行8m或12 m至下一架設(shè)工位?？v移滑道上設(shè)置反鉤裝置，防止傾覆。

2.7錨固機(jī)構(gòu)

錨固機(jī)構(gòu)為反鉤式，通過(guò)反鉤掛在橫梁上翼緣根部，機(jī)構(gòu)包括錨桿、錨座、反鉤、螺旋扣等。

2.8電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)、主起升系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、副起升系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、安全報(bào)警、控制及監(jiān)控系統(tǒng)、照明電路等組成，采用變頻器、PLC控制。整機(jī)裝機(jī)功率約為155KW。

2.9液壓系統(tǒng)

液壓站設(shè)在下部結(jié)構(gòu)上，由手動(dòng)換向閥控制車體兩側(cè)的走行油缸及支頂油缸。其中關(guān)于液壓站參數(shù)為壓力16MPa，流量68L/min，7.5kW。

本機(jī)安裝在上層橋面的縱梁上，采用步履式移動(dòng)，具有提升、變幅、回轉(zhuǎn)、整機(jī)前、后移動(dòng)的功能。傳動(dòng)方式為電-機(jī)械傳動(dòng)，控制方便，造價(jià)適中，維護(hù)簡(jiǎn)單。

3橋面吊機(jī)工況說(shuō)明

3.1橋面吊機(jī)工作環(huán)境

3.2吊機(jī)站位

站位處的結(jié)合梁分兩種：8m間距（0#）和12m間距（1#～14#）。所有梁均由主縱梁、橫梁、小縱梁組成。主縱梁間距為25.5m，橫梁間距為4m。起重最重梁為1#及其他梁的主縱梁，重量約32t，最遠(yuǎn)吊幅為H3橫梁，重量15t。

作業(yè)：采用油頂支撐，油頂橫向間距11.2m，縱向間距分為12m和8m兩種。滿足0#節(jié)段（8m）和其他節(jié)段（12m）站位。

過(guò)跨：通過(guò)縱移軌道步履式前進(jìn)，軌道橫向間距12.5m。

吊幅：最重主縱梁吊幅為19m，橫梁最遠(yuǎn)吊幅為20m。

支撐：設(shè)有6個(gè)支撐油頂，分間距為12m和8m兩種，作業(yè)時(shí)4個(gè)油頂支撐在橫梁上。

錨固：采用工字鋼梁和精扎螺桿鋼錨固在橋橫梁上。錨固橫向間距10m，縱向間距8m。

4橋面吊機(jī)計(jì)算分析

運(yùn)用ANSYS計(jì)算最大起重力矩（吊重35t，吊幅20m）工況時(shí)下底盤的受力情況來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。該工況分支撐縱向間距8m和12m兩種，每種均計(jì)算吊臂偏角0°、45°和90°三種情況下的應(yīng)力和支反力。

4.1工況一：支撐縱向間距8m，吊臂偏角0°

由模型計(jì)算結(jié)果可得，當(dāng)支撐縱向間距8m，吊臂偏角0°時(shí)，其最大支反力為69.2t，最大應(yīng)力為236Mpa。

4.2工況二：支撐縱向間距8m，吊臂偏角45°

由模型計(jì)算結(jié)果可得，當(dāng)支撐縱向間距8m，吊臂偏角45°時(shí)，其最大支反力為76.7t，最大應(yīng)力為186Mpa。

4.3工況三：支撐縱向間距8m，吊臂偏角90°

由模型計(jì)算結(jié)果可得，當(dāng)支撐縱向間距8m，吊臂偏角90°時(shí)，其最大支反力為61.3t，最大應(yīng)力為166Mpa。

4.4工況四：支撐縱向間距12m，吊臂偏角0°

由模型計(jì)算結(jié)果可得，當(dāng)支撐縱向間距12m，吊臂偏角0°時(shí)，其最大支反力為68.7t，最大應(yīng)力為236Mpa。

4.5工況五：支撐縱向間距12m，吊臂偏角45°

由模型計(jì)算結(jié)果可得，當(dāng)支撐縱向間距12m，吊臂偏角45°時(shí)，其最大支反力為88.9t，最大應(yīng)力為197Mpa。

4.6工況六：支撐縱向間距12m，吊臂偏角90°

由模型計(jì)算結(jié)果可得，當(dāng)支撐縱向間距12m，吊臂偏角90°時(shí)，其最大支反力為82.9t，最大應(yīng)力為200Mpa。

橋面吊機(jī)的最大起重力矩（吊重35t，吊幅20m）工況時(shí)下底盤的受力情況來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，所得結(jié)果證明其符合規(guī)范要求，可以安全使用。

5現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機(jī)安全地使用在南繞城高速公路LRN14西北高震區(qū)跨黃河菱形高塔大跨結(jié)合梁斜拉橋項(xiàng)目。在邊跨不便于地面運(yùn)輸、搭建鋼棧橋的情況下，橋面吊機(jī)起吊、安裝主橋工字鋼梁的主縱梁和橫梁、橋面板和小縱梁。

6結(jié)論

步履自錨式全回轉(zhuǎn)橋面吊機(jī)行走在鋼結(jié)合梁上施工作業(yè)方法新穎，科學(xué)而有效地縮減了在工序上施工作業(yè)的時(shí)間，提高了施工效率和工程進(jìn)度，省去了大型吊裝設(shè)備的煩惱，且周轉(zhuǎn)使用率高，對(duì)梁體結(jié)構(gòu)形式的要求不高，應(yīng)用范圍廣。在增加經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)極大程度地縮短了施工周期。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有以下技術(shù)特色：采用全變頻及PLC控制系統(tǒng)，工作便捷、可靠;各卷?yè)P(yáng)機(jī)均采用了高速端制動(dòng)器和低速端制動(dòng)器;配電柜為整體集裝箱式，方便整體吊裝及運(yùn)輸;主鉤滑輪組采用四倍率平行鋼絲繩纏繞方式，同時(shí)采用微旋轉(zhuǎn)鋼絲繩設(shè)計(jì)，以保證大起升高度情況下吊鉤滑輪組不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn);設(shè)置有視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]柳鑫星，賈兵團(tuán)，周林，高權(quán).之江大橋橋面吊機(jī)設(shè)計(jì)[J].公路，2014，59（06）：130-134.

[2]余瑋瑋.橋面吊機(jī)在三塔鋼箱梁斜拉橋中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2017（10）：126-128.

[3]陳鳴，吳啟和，羅承斌，肖文福.蘇通大橋多功能橋面吊機(jī)設(shè)計(jì)與使用[J].中外公路，2008（05）：105-109.

[4]唐斌華，宋偉峰，郭杰鑫.椒江二橋橋面吊機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中外公路，2014，34（04）：200-204.

[5]吳乾坤，郭杰鑫，汪泉慶.變幅式橋面吊機(jī)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算[J].公路，2017，62（08）：138-142.