蔡 俊，王廣濤，程相偉，張清相，張 群

（1.濟(jì)南萬天機(jī)械設(shè)備有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.福士汽車零部件（濟(jì)南）有限公司，山東 濟(jì)南 250000；3.山東中誠機(jī)械租賃有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，城市建設(shè)的不斷深入發(fā)展，各種不同形式的橋梁不斷涌現(xiàn)，對(duì)起重機(jī)械的要求也越來越高；隨著橋塔高度不斷刷新記錄，塔機(jī)型號(hào)及塔機(jī)安裝高度也在刷新紀(jì)錄；隨著橋塔施工工藝的不斷改進(jìn)，塔機(jī)的安裝形式也在不斷革新。

本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)塔機(jī)外懸掛附著設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，并采用Midas 軟件就外懸掛附著塔機(jī)對(duì)橋塔的線形影響進(jìn)行了研究分析。

1 工程概況

G220 濟(jì)青高速公路鳳凰路黃河大橋項(xiàng)目長3348m，跨黃河大橋主橋?yàn)槿ㄤ撍┳藻^式懸索橋。

為了橋塔安裝合攏及掛鎖工序，需要在3 個(gè)橋塔上分別安裝1 臺(tái)塔機(jī)，本文論述的250tm 塔機(jī)安裝于橋塔，橋塔頂標(biāo)高+141.1m，橋面標(biāo)高+60.22m，泥面線標(biāo)高28.43m。

2 工程難點(diǎn)

根據(jù)工序需要，在橋塔雙肢未合攏前就需要安裝塔機(jī)，此時(shí)橋塔機(jī)裝基本完畢，但未安裝頂部連接梁（SH 節(jié)段），鋼箱梁橋面已經(jīng)安裝到位。由于鋼箱梁橋面結(jié)構(gòu)原因，不宜設(shè)置固定式基礎(chǔ)，同時(shí)橋塔高度已經(jīng)超過塔機(jī)獨(dú)立高度，故該處采用了外懸掛基礎(chǔ)加附著形式進(jìn)行安裝（圖1）。

圖1 塔機(jī)安裝示意圖

為保證塔機(jī)的安全安裝使用，塔機(jī)外懸掛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及附著連接承載力計(jì)算成為本次工程的主要問題。該橋塔為鋼結(jié)構(gòu)塔柱，外載荷作用下，會(huì)對(duì)橋塔線形產(chǎn)生影響，橋塔線形對(duì)橋塔左右幅的合攏及成橋后橋塔受力會(huì)產(chǎn)生很大影響，因此外懸掛結(jié)構(gòu)及附著產(chǎn)生的載荷對(duì)橋塔的線形影響成為本工程的新問題。

3 外懸掛附著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.1 外懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

塔機(jī)底部外懸掛結(jié)構(gòu)連接位于主塔T2 節(jié)段（設(shè)計(jì)分段）位置處，外懸掛結(jié)構(gòu)采用三角桁架形式，塔機(jī)安裝在外懸掛支腿上，支腿與鋼塔焊接（圖2）。支腿采用雙拼工字鋼形式，單個(gè)工字鋼截面尺寸為300×588×12×10mm，支腿與鋼塔焊接位置處設(shè)置10mm 厚的肋板。

圖2 總體布置形式

3.2 附著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

塔機(jī)第一道附著連接位于主塔T9 節(jié)段（設(shè)計(jì)分段）位置處，塔機(jī)第二道附著連接位于主塔T13 節(jié)段（設(shè)計(jì)分段）位置處。

附著結(jié)構(gòu)采用抽拉可變長度撐桿，與現(xiàn)有普通撐桿相比，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)尺寸的容錯(cuò)率更高，安裝過程簡單方便，施工成本低，外部簡潔美觀。

第一道附著布置如圖3 所示，第二道附著布置如圖4 所示。

圖3 第一道附著

圖4 第二道附著

4 橋塔受力及線形影響分析

通過利用MIDAS fea 建立橋塔模型，底部設(shè)置為全部固結(jié)，鋼塔與塔機(jī)連接位置處采用主從剛性連接進(jìn)行模擬，剛性連接范圍根據(jù)塔機(jī)與主塔連接支座尺寸設(shè)置，在外懸掛支腿主節(jié)點(diǎn)位置施加最不利節(jié)點(diǎn)載荷，在附著節(jié)點(diǎn)處施加附著載荷。分別對(duì)橋塔在橋塔安裝完成、主纜架設(shè)完成、吊索張拉完成、成橋共4 個(gè)階段進(jìn)行驗(yàn)算。

仿真結(jié)果給出了各單元節(jié)點(diǎn)在考慮塔機(jī)外荷載作用下橋塔應(yīng)力、橋塔各方向位移以及與理論狀態(tài)的差異。數(shù)據(jù)量較大，本文僅以橋塔安裝完成階段為例進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)列舉。

4.1 橋塔安裝完成階段

橋塔各單元應(yīng)力及左右幅應(yīng)力差如表1所示。

表1 橋塔應(yīng)力 （單位：MPa）

橋塔各節(jié)點(diǎn)位移及考慮塔機(jī)荷載作用下前后位移差值如表2 所示。

表2 橋塔位移 （單位：mm）

此階段，橋塔最大應(yīng)力為10.195MPa，最小應(yīng)力為-1.673MPa，左右幅橋塔應(yīng)力最大差值為2.373MPa；橋塔縱向位移與理論狀態(tài)最大差值為3.620mm，左右幅橋塔最大縱向位移差值為0.126mm，橋塔橫向位移與理論狀態(tài)最大差值為1.107mm，左右幅橋塔最大橫向位移差值為2.368mm。

4.2 主纜架設(shè)完成階段

此階段，橋塔最大應(yīng)力為66.817MPa，最小應(yīng)力為-29.653MPa，左右幅橋塔應(yīng)力最大差值為1.930MPa；橋塔縱向位移與理論狀態(tài)最大差值為2.654mm，左右幅橋塔最大縱向位移差值為0.125mm，橋塔橫向位移與理論狀態(tài)最大差值為1.092mm，左右幅橋塔最大橫向位移差值為1.019mm。

4.3 吊索張拉完成階段

此階段，橋塔最大應(yīng)力為125.424MPa，最小應(yīng)力為-20.838MPa，左右幅橋塔應(yīng)力最大差值為2.600MPa；橋塔縱向位移與理論狀態(tài)最大差值為4.079mm，左右幅橋塔最大縱向位移差值為0.094mm，橋塔橫向位移與理論狀態(tài)最大差值為1.101mm，左右幅橋塔最大橫向位移差值為1.063mm。

4.4 成橋階段

此階段，橋塔最大應(yīng)力為93.078MPa，最小應(yīng)力為22.318MPa，左右幅橋塔應(yīng)力最大差值為4.264MPa；橋塔縱向位移與理論狀態(tài)最大差值為4.394mm，左右幅橋塔最大縱向位移差值為0.090mm，橋塔橫向位移與理論狀態(tài)最大差值為1.109mm，左右幅橋塔最大橫向位移差值為2.655mm。

5 結(jié)論

1）以上計(jì)算結(jié)果顯示，外懸掛結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力及位移滿足塔機(jī)安全使用要求；在塔機(jī)外載荷作用下，橋塔應(yīng)力滿足要求。

2）橋塔最大縱向位移階段為成橋階段，縱向位移與理論狀態(tài)最大差值為4.393mm，最大橫向位移階段為成橋階段，縱向位移與理論狀態(tài)最大差值為1.109mm，左右幅橋塔最大縱向位移差為橋塔安裝完成階段，左右幅橋塔最大縱向位移差為0.126mm，左右幅橋塔最大橫向位移差階段為成橋階段階段，左右幅橋塔最大橫向位移差為2.655mm。

綜上，外懸掛附著塔機(jī)成橋階段對(duì)橋塔的線形影響相對(duì)較大，但偏差均小于5mm，遠(yuǎn)優(yōu)于控制目標(biāo)1/4 000，說明該塔機(jī)外懸掛附著模式對(duì)橋塔線形影響很小，在施工過程中可不考慮。

6 結(jié)語

經(jīng)過該工程實(shí)例的分析，塔機(jī)外懸掛附著模式對(duì)橋塔的線形的整體影響很小，對(duì)該橋塔施工影響可以忽略。但考慮橋塔線形還受鋼塔節(jié)加工精度，施工工藝方法，溫度等條件的影響，為了更好地控制橋塔線形，繼續(xù)弱化塔機(jī)外載荷的影響，在橋塔施工各工序過程中，對(duì)塔機(jī)施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。塔機(jī)施工作業(yè)完畢，將塔機(jī)進(jìn)行了配平處理，有效降低塔機(jī)外載荷，從而達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化橋塔線形的目的。

該工程實(shí)例的成功應(yīng)用，對(duì)橋塔線形的影響分析，只是基于該工程應(yīng)用的同型號(hào)及以下型號(hào)塔機(jī)，為之后類似工程項(xiàng)目提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于更大型號(hào)塔機(jī)應(yīng)用案例或者工作工況更為惡劣的案例還需要進(jìn)一步的理論與實(shí)際驗(yàn)證。