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(guó)內(nèi)基建水平的提高，橋梁設(shè)計(jì)理論水平研究也越來(lái)越深入，橋梁跨度越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越多樣化，吊裝重量也越來(lái)越大，橋梁建設(shè)越來(lái)越復(fù)雜。部分山區(qū)、大江大河、市政道路需要設(shè)計(jì)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(dú)設(shè)計(jì)纜索吊裝系統(tǒng)，纜索吊設(shè)備投入大，多套系統(tǒng)共同運(yùn)行，纜索吊系統(tǒng)空間設(shè)計(jì)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(jī)進(jìn)行梁體安裝施工，梁體節(jié)段無(wú)法運(yùn)輸至纜載吊機(jī)下方，而目前纜載吊機(jī)無(wú)法大噸位帶載走行，傳統(tǒng)工藝無(wú)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(jī)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(jìn)度、成本控制等方面均有優(yōu)勢(shì)。

2 多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)應(yīng)用范圍

2.1 多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)簡(jiǎn)介

多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)即采用1 套纜索吊系統(tǒng)，天車(chē)及吊鉤在多跨纜索間來(lái)回運(yùn)行，在不同跨起吊吊裝作業(yè)的纜索吊機(jī)。

多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)包含：承重索、起重索、牽引索、纜風(fēng)索、纜塔、跨塔天車(chē)、跨塔索鞍、錨碇、控制系統(tǒng)等機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)一致，跨塔天車(chē)及跨塔索鞍與傳統(tǒng)天車(chē)及索鞍不同，跨塔天車(chē)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(jiàn)圖1）。“上翻式”結(jié)構(gòu)僅能天車(chē)空載運(yùn)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(jìn)行綜合比選確定【1～3】。

多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)起重及牽引走線、運(yùn)行方式與傳統(tǒng)纜索吊機(jī)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(jī)基本一致。但起重及牽引索在跨塔處又有不同之處，天車(chē)在跨過(guò)索鞍處時(shí)，一側(cè)牽引鋼絲繩離開(kāi)塔頂轉(zhuǎn)向輪，另一側(cè)牽引鋼絲繩需要?dú)w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(zhǔn)落入轉(zhuǎn)向輪繩槽中（見(jiàn)圖2）。

圖1 “上翻式”或“下掛式”索鞍及天車(chē)布置示意圖

圖2 多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)布置示意圖

2.2 多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)適用范圍

多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，解決了傳統(tǒng)纜索吊機(jī)天車(chē)過(guò)索鞍的難題，使得天車(chē)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(yùn)行，使得吊裝順序更為靈活，吊裝功效與傳統(tǒng)纜索吊機(jī)基本無(wú)異。

多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)適用于2 跨及以上可采用纜索吊機(jī)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(jī)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(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)因具有特定的適用范圍，相較于傳統(tǒng)纜索吊機(jī)或者懸索橋纜載吊機(jī)有鮮明的特點(diǎn)。

主要優(yōu)點(diǎn)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(jiǎn)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(wú)法布置或者成本過(guò)高的難題；使得結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)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(jī)，安全性更高，施工效率是纜載吊機(jī)的3～5 倍。

5）相較于傳統(tǒng)纜索吊機(jī)，成本節(jié)約20%～40%。

主要缺點(diǎn)有：

1）天車(chē)受力形式與傳統(tǒng)天車(chē)不同，天車(chē)重量偏大；

2）天車(chē)過(guò)索鞍時(shí)，需要人工觀察并輔助起重、牽引繩進(jìn)入轉(zhuǎn)向輪繩槽；

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

3 多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算

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

3.1 承重索設(shè)計(jì)

雙跨纜索吊計(jì)算如圖3 所示。

圖3 雙跨纜索吊計(jì)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(tái)距車(chē)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(jiǎn)支梁（簡(jiǎn)稱代梁）剪力，是代梁剪力圖的面積，可以利用圖乘法計(jì)算。

3.2 起重及牽引索設(shè)計(jì)

起重及牽引索設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算相同，設(shè)計(jì)計(jì)算可參考傳統(tǒng)纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)。但起重及牽引索在索鞍前后需要設(shè)計(jì)在一條直線上，不能有偏轉(zhuǎn)角度，避免因過(guò)索鞍時(shí)起重及牽引索不能自動(dòng)落入起重及牽引轉(zhuǎn)向輪，產(chǎn)生繩索跳槽、磨繩等問(wèn)題。

3.3 索鞍及天車(chē)設(shè)計(jì)

天車(chē)和索鞍設(shè)計(jì)除了要滿足傳統(tǒng)天車(chē)的基本功能，還要滿足天車(chē)能從索鞍上跨越、下吊具能自由通過(guò)索鞍以及起重、牽引鋼絲繩能自動(dòng)進(jìn)入索鞍處轉(zhuǎn)向輪繩槽。

索鞍及天車(chē)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(jì)的基本原理即改變傳統(tǒng)天車(chē)索鞍傳力方式，天車(chē)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在兩側(cè)，可避免索鞍與天車(chē)相互沖突干擾的問(wèn)題。

“上翻式”及“下掛式”2 種天車(chē)、索鞍設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式，均可實(shí)現(xiàn)多塔聯(lián)跨的功能，但“上翻式”結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，相對(duì)成本更低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更容易實(shí)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(qiáng)，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。

4 結(jié)語(yǔ)

多塔聯(lián)跨纜索吊機(jī)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(jì)及施工拓展了思路。