陸世華 霍博義

上海振華重工(集團)股份有限公司長興分公司

1 引言

吊運平衡架是一種用于起吊大型構件的吊具，被廣泛應用在大型物體運輸過程、建筑工程安裝、大型橋面梁分段現場拼接等作業(yè)工況[1-2]。使用吊運平衡架可以使被吊裝構件在抬吊過程中合理受力，避免因構件產生超負荷的屈服拉壓力，使被吊裝構件局部彎曲變形，進而造成設備損壞以及人身傷亡事故的發(fā)生。文獻[3-5]均基于ANSYS對單根平衡吊梁進行了結構設計、參數優(yōu)化、有限元分析，保證了單根吊運平衡架在各種工作狀況下具有足夠的強度和剛度，滿足工程實際使用要求，為超大重型設備吊運平衡架的設計提供了理論參考。文獻[6]介紹了自制吊架制作工藝、構件吊裝施工工藝及其要點。通過工程施工實例，為建筑施工企業(yè)克服施工機械不足、完成高難工程施工探索了新途徑。

在上海振華重工所承建的舊金山——奧克蘭新海灣大橋項目中，橋面鋼箱梁大分段制造完成后需船運至橋址安裝現場進行安裝。橋面鋼箱梁分段裝船和卸船需要采用大型起重設備吊運。舊金山——奧克蘭新海灣大橋橋面鋼箱梁分段梁長度在19～70 m范圍內不等，重量在900～1 750 t范圍內不等[7]。由于橋面鋼箱梁尺寸規(guī)格、重量不一，如采用單根吊梁，需要根據鋼箱梁吊裝段長度，制作多根吊梁。吊裝作業(yè)過程中，需根據待吊裝箱梁的尺寸，頻繁更換吊梁，大大降低施工效率，增加施工成本；如果簡單地將單根吊梁組合使用，會降低吊裝穩(wěn)定性，增加安全隱患。大重型設備的起吊安裝通常使用專用吊具，由于設備的重量極大，作業(yè)時的安全性要求很高，因此吊具結構尺寸的設計及優(yōu)化便成為關鍵。另外，在吊裝過程中，為了保持被吊構件的平衡，合理分配、平衡各吊點的荷載，減少起重設備承受的偏載，設計制作合適的吊運平衡架至關重要。

2 設計理念

該項目設計工程師基于橋址現場租賃的單主鉤浮式起重機參數和橋面鋼箱梁分段的規(guī)格、重量，設計了單施力點、多受力點的吊運平衡架。這種吊運平衡架存在單吊點不易起吊平衡、自重大的缺點。施工過程中，需要根據不同吊裝段重心位置，通過調節(jié)吊架來調整上側機架與下側橫梁的相對位置，確保起重機械吊鉤中心與待吊構件重心位于同一垂線上，施工作業(yè)工序繁瑣、作業(yè)強度高、生產效率低。

上海振華重工自有的1 000 t、1 300 t、1 600 t、5 000 t等固定臂架浮式起重船，均有2個主吊鉤、1個副吊鉤，施工作業(yè)時2只主吊鉤和副鉤可協(xié)同作業(yè)。基于浮式起重船的雙吊鉤可協(xié)同作業(yè)的優(yōu)勢條件設計的一種用于超大重型設備的多施力點、多受力點吊運平衡架，具備起吊平衡性好、自重小、吊點距離可調、可滿足抬吊不同規(guī)格構件的優(yōu)點，提高了大型構件吊裝效率和吊裝的穩(wěn)定性，同時避免了吊梁選型和設備偏載造成安全風險的問題。

3 結構設計

超大重型設備吊運平衡架主要由主橫梁、撐管、斜拉桿、節(jié)點板、雙滑輪機構、單滑輪機構、卸扣、吊點、鋼絲繩等構件組成。

3.1 吊運平衡架主體結構

吊運平衡架主體結構由主梁、上下吊點、撐管、斜拉桿、節(jié)點板組成(見圖1)。

1.上部吊點 2.主梁 3.下部吊點 4.撐管 5.節(jié)點板 6.斜拉桿圖1 平衡架主體結構

吊運平衡架設計吊重2 000 t，主梁長度22.6 m，兩根主梁間開檔尺寸為8.4 m。每根主梁上方設置4組吊點，下方設置6組吊點。單組吊點設計承載300 t。主梁選用材質為A709-50-2，規(guī)格為1 250 mm×680 mm×38 mm×50 mm(h×b×tw×t)的H型鋼制成。主梁上、下吊點區(qū)域腹板與翼板的焊縫采用100%熔透焊接，其余位置腹板與翼板采用坡口深度12 mm雙面對稱部分熔透焊接，主梁腹板兩側長度方向上均勻布置多個加強筋板，增加上、下吊點之間力的傳遞和主梁的穩(wěn)定性。撐桿選用材質為Q345D，規(guī)格為400 mm×400 mm×14 mm的方管，2根撐管垂直于吊運平衡架的方向布置，撐管兩端裝有法蘭與主梁法蘭采用螺栓聯接。斜拉桿選用材質為Q345D，規(guī)格?152 mm×10 mm的無縫鋼管，4根斜拉桿交叉放置，交叉點以及斜拉桿與吊運平衡架的銜接處通過節(jié)點板焊接而成。吊點安裝在吊運平衡架主梁的上端和下端與主梁腹板對筋，采用100%全熔透焊接與主梁連接，吊點分為單孔、雙孔、三孔吊點，吊點布設間距視待吊箱梁而定，這樣有利于合理布置索具，實現吊裝不同噸位箱梁。

3.2 下部起吊結構

下部起吊結構用于連接平衡架和待吊箱體，由吊叉、雙滑輪機構組件、單滑輪機構組件、鋼絲繩組成(見圖2)。吊叉下端與單、雙滑輪機構聯接，上端根據待吊運箱梁上吊點分布情況，采用銷軸與吊運架下部對應吊點連接。雙滑輪機構組件(包含滑輪聯板、鋼絲繩)、單滑輪機構與吊叉采用銷軸連接，雙滑輪機構、單滑輪機構通過鋼絲繩與待吊箱體連接，鋼絲繩兩端與待吊箱體上的吊點通過卸扣連接。鋼絲繩在滑輪上可以自由滑動，使待吊箱體自適應平衡，避免箱梁上吊點超載和設備偏載，大大提高了吊裝穩(wěn)定性。

1.吊叉 2.雙滑輪機構 3.鋼絲繩 4.單滑輪機構 5.待吊箱體圖2 下部起吊結構

3.3 上部起吊結構

上部起吊結構將平衡架與起重機相連，由起重機雙主鉤、卸扣、鋼絲繩、單臂吊梁組成(見圖3)。2根主橫梁上部吊點1及吊點2通過下部鋼絲繩、卸扣分別與單臂吊梁1、2連接，單臂吊梁1、2通過上部鋼絲繩環(huán)與主鉤1相連；主梁上的吊點3及吊點4通過下部鋼絲繩、卸扣與單臂吊梁3、4連接，單臂吊梁3、4通過鋼絲繩環(huán)與主鉤2相連。

1.主吊鉤1 2.主吊鉤2 3.單臂吊梁1 4.單臂吊梁2 5.單臂吊梁3 6.單臂吊梁4 7.上部鋼絲繩環(huán) 8.下部鋼絲繩圖3 上部起吊結構

4 吊裝工藝

舊金山——奧克蘭海灣大橋鋼結構橋面梁分段吊裝作業(yè)，采用非對稱平衡載荷吊裝技術。在橋面梁長度方向上非對稱布設4個吊點，寬度方向對稱布設2排吊點。首先根據待吊運橋面梁吊裝段的規(guī)格、重心、橋面梁頂板上吊點位置分布情況，確定吊運平衡架的方向，并在吊運平衡架下部吊點的對應位置上安裝吊叉和滑輪組機構。吊運平衡架下部準備好后，浮式起重船主鉤下降至距地面50 cm處，在主鉤頭1上掛2根上部鋼絲繩環(huán)，2根鋼絲繩環(huán)下端通過卸扣分別與單臂吊梁1和單臂吊梁2上方吊點連接。單臂吊梁1和2下方吊點采用卸扣與下部鋼絲繩連接，鋼絲繩下端與吊運平衡架上部吊點1和吊點2連接。采取同樣的順序完成起重機主鉤頭2與單臂吊梁、吊運平衡架及橋面鋼箱梁連接。

5 結語

超大重型設備吊運平衡架在美國舊金山——奧克蘭海灣大橋、蘇格蘭福斯鋼橋等項目的大節(jié)段箱梁吊裝作業(yè)中得到了很好的推廣應用。現場施工效果表明，該結構設計輕巧，便于操作，可適用于大型浮式起重機、門式起重機等各型吊裝設備；可避免吊梁選型、設備偏載等問題，實現不同噸位的箱梁吊裝；安全性高，節(jié)時省力，有效提高工作效率。