超大重型設備吊運平衡架的設計與應用

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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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)?；诟∈狡鹬卮碾p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(lián)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(xiàn)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(lián)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(lián)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?，F(xiàn)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(xiàn)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。