外懸掛附著式塔機對橋塔線形影響分析

蔡 俊，王廣濤，程相偉，張清相，張 群

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

隨著社會的不斷進步，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)，對起重機械的要求也越來越高；隨著橋塔高度不斷刷新記錄，塔機型號及塔機安裝高度也在刷新紀(jì)錄；隨著橋塔施工工藝的不斷改進，塔機的安裝形式也在不斷革新。

本文結(jié)合工程實例對塔機外懸掛附著設(shè)計進行闡述，并采用Midas 軟件就外懸掛附著塔機對橋塔的線形影響進行了研究分析。

1 工程概況

G220 濟青高速公路鳳凰路黃河大橋項目長3348m，跨黃河大橋主橋為三塔（鋼塔）自錨式懸索橋。

為了橋塔安裝合攏及掛鎖工序，需要在3 個橋塔上分別安裝1 臺塔機，本文論述的250tm 塔機安裝于橋塔，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

根據(jù)工序需要，在橋塔雙肢未合攏前就需要安裝塔機，此時橋塔機裝基本完畢，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)，同時橋塔高度已經(jīng)超過塔機獨立高度，故該處采用了外懸掛基礎(chǔ)加附著形式進行安裝（圖1）。

圖1 塔機安裝示意圖

為保證塔機的安全安裝使用，塔機外懸掛結(jié)構(gòu)的設(shè)計及附著連接承載力計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，會對橋塔線形產(chǎn)生影響，橋塔線形對橋塔左右幅的合攏及成橋后橋塔受力會產(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)計方案

3.1 外懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

塔機底部外懸掛結(jié)構(gòu)連接位于主塔T2 節(jié)段（設(shè)計分段）位置處，外懸掛結(jié)構(gòu)采用三角桁架形式，塔機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)計方案

塔機第一道附著連接位于主塔T9 節(jié)段（設(shè)計分段）位置處，塔機第二道附著連接位于主塔T13 節(jié)段（設(shè)計分段）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，對現(xiàn)場尺寸的容錯率更高，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)，鋼塔與塔機連接位置處采用主從剛性連接進行模擬，剛性連接范圍根據(jù)塔機與主塔連接支座尺寸設(shè)置，在外懸掛支腿主節(jié)點位置施加最不利節(jié)點載荷，在附著節(jié)點處施加附著載荷。分別對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 個階段進行驗算。

仿真結(jié)果給出了各單元節(jié)點在考慮塔機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)點位移及考慮塔機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)力及位移滿足塔機安全使用要求；在塔機外載荷作用下，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，外懸掛附著塔機成橋階段對橋塔的線形影響相對較大，但偏差均小于5mm，遠優(yōu)于控制目標(biāo)1/4 000，說明該塔機外懸掛附著模式對橋塔線形影響很小，在施工過程中可不考慮。

6 結(jié)語

經(jīng)過該工程實例的分析，塔機外懸掛附著模式對橋塔的線形的整體影響很小，對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)弱化塔機外載荷的影響，在橋塔施工各工序過程中，對塔機施工工藝進行了優(yōu)化。塔機施工作業(yè)完畢，將塔機進行了配平處理，有效降低塔機外載荷，從而達到進一步優(yōu)化橋塔線形的目的。

該工程實例的成功應(yīng)用，對橋塔線形的影響分析，只是基于該工程應(yīng)用的同型號及以下型號塔機，為之后類似工程項目提供借鑒經(jīng)驗。對于更大型號塔機應(yīng)用案例或者工作工況更為惡劣的案例還需要進一步的理論與實際驗證。