特大橋塔機超長附著設(shè)計與施工技術(shù)

宮玉成，劉尊正

（徐工集團徐州建機工程機械有限公司，江蘇 徐州 221000）

1 工程概況

洪奇門超大跨度特大橋系廣東省重點工程，橋長1 126m，寬43.2m，雙向六車道，主跨520m，橋型為雙塔雙索面半漂浮體系鋼箱斜拉橋，大橋主塔為鉆石型混凝土索塔，其建筑效果如圖1 所示。

圖1 洪奇門特大橋設(shè)計效果圖

橋塔左右兩側(cè)各布置一臺徐工XGT600-25S 塔機，如圖2 所示，主要用于塔柱鋼筋、勁性骨架、鋼錨梁、上塔柱施工支架吊裝。塔柱底面高程-1.5m，塔頂高程+177.0m，主塔總高度178.5m。塔機中心與主塔結(jié)構(gòu)最大附著距離為19.7m，超過塔機說明書推薦的附著距離范圍4.15～8m 的要求，為此對本工程進行超長附著設(shè)計計算并制定專項施工方案。

圖2 橋塔塔機布置與附著圖

2 工程特點與難點

1)復(fù)雜 本工程為湖面施工，且施工周期較短。本地屬華南沿海臺風區(qū)，7～10 月多臺風。

2)難 對附著桿制造、吊裝、現(xiàn)場對接的技術(shù)要求較高，同時附著點使用爬錐及高強度螺栓預(yù)埋結(jié)構(gòu)形式。

3)異 超出該型號塔機塔機要求的標準附著長度，須對本工程相應(yīng)的附著進行非標設(shè)計及制定專項施工方案。

4)長 最上面一層附著架附著位置距離橋體距離為19.7m，附著桿長度達18.3m。

3 附著桿設(shè)計

3.1 附著水平支反力計算

塔機第六道附著高度為141.4m，塔機懸高為40.45m，塔機總高度為181.85m，塔機第六道附著與建筑物的位置、附著形式及附著尺寸見圖3。

圖3 塔機第六道附著平面圖

本工程位于華南沿海臺風區(qū)，7～10 月多臺風。根據(jù)《廣東省建筑起重機械防御臺風安全技術(shù)指引》與實際情況制定塔機附著方案，非工作狀態(tài)10m 高度處的計算風壓按1 200Pa 計算，工作狀態(tài)計算風壓按250Pa 計算。

為了準確計算附著桿的內(nèi)力，計算模型把塔身、附著框和附著桿合成一體進行水平支反力計算，塔身內(nèi)設(shè)交叉桿的平面方型框架進行模擬，四角通過內(nèi)撐桿與附著框鉸接。在塔身最上端標準節(jié)的主弦桿節(jié)點處，施加上部結(jié)構(gòu)所傳遞的全部載荷。塔身受到水平支反力及回轉(zhuǎn)扭矩作用，通過計算得出附著支反力見表1。

表1 塔機第六道附著支反力

3.2 附著桿內(nèi)力計算

第六道超長附著桿為四桿式，四桿體系附著桿計算模型屬于一次超靜定結(jié)構(gòu)，用力法求解計算各桿內(nèi)力極值，計算結(jié)果見表2。

表2 附著桿軸向力極值（單位:kN）

3.3 附著桿設(shè)計

塔機第六道超長附著桿結(jié)構(gòu)采用格構(gòu)式，附著桿截面設(shè)計為500mm×500mm 方形截面，主肢為角鋼，綴條角鋼焊接在主肢角鋼內(nèi)側(cè)，附著桿兩端采用錐形變截面過渡。格構(gòu)式附著桿制作相對簡單，自重輕，成本低，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性好。

附著桿總長度較大，采用模塊化組合設(shè)計撐桿，各模塊采用銷軸連接。模塊化組合附著桿長度靈活、夾角范圍廣，工況適應(yīng)能力強，解決塔機中心距離橋塔遠，方案設(shè)計繁瑣、制作周期長的問題。

附著桿主肢選擇角鋼∠120×120×10，材質(zhì)Q355B；綴條采用角鋼∠50×50×5，材質(zhì)Q355B，見圖4。

圖4 附著桿結(jié)構(gòu)圖

3.4 應(yīng)力計算

根據(jù)GB/T13752-2017《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》中5.2 節(jié)要求，對于材料σs/σb＞0.7 時，許用應(yīng)力[σ]=（0.5σs+0.35σb)/ns；對于材料σs/σb≤0.7 時，許用應(yīng)力[σ]=σs/ns。其中安全系數(shù)ns根據(jù)GB/T 13752-2017《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》表24 取得，工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)安全系數(shù)分別為1.34 和1.22。材料的許用應(yīng)力[σ]計算結(jié)果見表3，各附著桿在不同工況下的最大應(yīng)力、長細比計算結(jié)果見表4。

表3 材料的許用應(yīng)力（單位：MPa)

表4 各附著桿在不同工況下的最大應(yīng)力

經(jīng)過Pro/E5.0 的Mechanica 模塊中進行計算分析，確保附著桿有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。計算結(jié)果表明，在工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)這兩種工況下，各附著桿最大應(yīng)力均不大于材料允許應(yīng)力，出現(xiàn)的整體最大Z 向變形9.5mm。各桿件整體穩(wěn)定性驗算通過。對附著桿、附著框以及預(yù)埋件進行深化精細化設(shè)計，保證附著裝置各組件有足夠的制造加工精度，提高現(xiàn)場安裝便捷性及安裝效率。

4 塔機附著施工技術(shù)

根據(jù)洪奇門特大橋工程項目部要求，為了方便施工，并考慮在施工中不破壞模板，附著點由傳統(tǒng)預(yù)埋地腳螺栓形式優(yōu)化為順塔壁預(yù)埋爬錐形式（圖5）。預(yù)埋爬錐主要由爬錐、高強螺栓、高強螺桿、埋件板等組成。與傳統(tǒng)預(yù)埋件相比，該預(yù)埋結(jié)構(gòu)具有可拆裝、可重復(fù)使用、易操作、質(zhì)量和安全性高、不影響建筑物外觀等優(yōu)點。此新技術(shù)的應(yīng)用不僅保護施工模板，也節(jié)省模板成本，同時提高安裝精度與安裝效率，值得推廣應(yīng)用。

圖5 預(yù)埋爬錐示意圖

塔機中心距離橋塔較遠，附著桿較長，對安裝精度要求高，預(yù)埋件需精準定位?？砂凑帐┕D紙將預(yù)埋爬錐各零部件組裝成整體，進行整體預(yù)埋。預(yù)埋件不得與主筋焊接固定，采用細鐵絲將預(yù)埋件捆扎在主筋上。預(yù)埋件不應(yīng)突出于砼表面，也不應(yīng)大于主塔橋體的外形尺寸，預(yù)埋件位置偏差應(yīng)符合要求。錨板開設(shè)排氣孔（避開爬錐孔位置)，以保證砼澆灌的密實性。

附著桿安裝前需復(fù)測爬錐的實際位置，檢查是否滿足圖紙設(shè)計位置及偏差要求，以保證錨板與埋件系統(tǒng)間有效連接，確保預(yù)埋件的整體受力要求。

附著桿與附著框架、連接座，以及附著框架與塔身、內(nèi)撐桿的連接必須可靠。內(nèi)撐桿應(yīng)可靠地將塔身主弦桿預(yù)緊，各連接螺栓應(yīng)緊固好。各調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整好后，應(yīng)將螺母可靠擰緊。開口銷應(yīng)按規(guī)定充分張開，運行后應(yīng)定期檢查有否發(fā)生松動，并及時進行調(diào)整。

5 結(jié)語

廣東洪奇門特大橋工程工期要求緊，現(xiàn)場情況復(fù)雜，塔機附著超長，通過計算分析和實際應(yīng)用表明，本附著方案合理、可行，所設(shè)計的附著方案既解決了附著桿長度過長而引起不穩(wěn)定的問題，也為超大跨度特大橋塔機超長附著設(shè)計與施工積累了寶貴的經(jīng)驗。O