大跨度鋼橋托架吊具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

李春元，國(guó)春風(fēng)

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

0 引言

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)港口工程向深水化、外?；?、大型化發(fā)展，國(guó)內(nèi)各地已建成的碼頭中超過(guò)100m跨度鋼橋有5座以上，均采用吊架工藝?yán)么笮推鹬卮w吊裝工藝，吊架重均在100 t左右，這就增加了對(duì)起重船起重能力的要求。

本文結(jié)合大連福佳大化碼頭鋼橋設(shè)計(jì)指標(biāo)和現(xiàn)有船機(jī)性能情況，研究更輕便、更易滿足船機(jī)吊高等性能要求的托架吊裝工藝。通過(guò)吊裝工藝的優(yōu)化，保證了安全、質(zhì)量、工期要求，降低了施工成本。

1 工程概況

大連福佳大化8萬(wàn)噸碼頭在引橋灌注樁承臺(tái)、引橋墩和平臺(tái)墩之間共安裝2跨拱桁式鋼橋，鋼橋全長(zhǎng)101.2 m，計(jì)算跨徑100 m，橋?qū)?.7 m，軸線矢高13.9 m，每跨鋼橋總重450 t，鋼橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。鋼橋在工廠內(nèi)加工成10～20 m長(zhǎng)部件，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)護(hù)岸前沿拼裝，再平移至起重船允許跨距范圍內(nèi)，吊運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

圖1 鋼橋立面圖Fig.1 Elevation of steelbridge

2 吊具設(shè)計(jì)思路

結(jié)合實(shí)際工況和起重船性能，吊具設(shè)計(jì)需滿足以下3項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)：安裝時(shí)總吊高滿足現(xiàn)有船機(jī)最大吊高；吊安時(shí)鋼橋各桿件及節(jié)點(diǎn)滿足強(qiáng)度和剛度要求；吊具的安拆滿足方便性和經(jīng)濟(jì)性。

2.1 現(xiàn)有船機(jī)性能指標(biāo)及吊高要求

工程所在地區(qū)最大起重船“煙救2號(hào)”，起重量700 t，弦外吊距26.2m，吊高45m[1]。

鋼橋安裝底標(biāo)高+10.0 m，軸線矢高13.9 m，施工水位±0.0m，安裝富裕高度按1.0m考慮。

鋼橋長(zhǎng)101.2 m，吊索長(zhǎng)按30 m考慮，吊索與橋面夾角按最小45°計(jì)，起重船鉤頭距離吊具受力面高度為30×0.707=21.3m。

綜上所述，21.3+10+13.9+1=47.2m＞45m，由此可知，起重船吊高不滿足要求。解決該問(wèn)題有2個(gè)途徑，一個(gè)是調(diào)遣吊高更高的起重船，另一個(gè)是吊具吊點(diǎn)安置于鋼橋底部（減少13.9m）。

2.2 采用托架吊具吊裝時(shí)各桿件及節(jié)點(diǎn)受力核算

為滿足現(xiàn)有船機(jī)作業(yè)能力，且不改變上弦桿原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮將吊點(diǎn)位置布設(shè)在縱梁底部，即托架吊具，托架吊具型式見(jiàn)圖2。

圖2 托架吊具示意圖Fig.2 Sketch of bracketsling

采用有限元模型計(jì)算[2]，鋼橋重取450 t，安全系數(shù)取1.5，重力加速度取10 m/s2，起吊構(gòu)件時(shí)吊具8點(diǎn)受力，吊具重取7.6 t，選用鋼材Q345B，起吊狀態(tài)見(jiàn)圖1。

靜態(tài)分析最大應(yīng)力171.19 MPa，最大綜合位移0.456 mm，屈曲變形系數(shù)最大為24.45，其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性滿足要求（只需在鋼橋上增加4道32工字鋼臨時(shí)加強(qiáng)桿即可滿足鋼橋下縱梁吊裝時(shí)的內(nèi)力要求）。

2.3 托架吊具的優(yōu)越性

1）安拆方便：托架吊具重僅7.6 t，利用25 t汽車(chē)吊即可進(jìn)行安裝，拆卸時(shí)采用50 t方駁吊機(jī)即可完成。

2）避免高空作業(yè)：托架吊具安置于下縱梁底部，鋼橋起吊前和安裝后，均屬于“路面作業(yè)”，規(guī)避了高空作業(yè)的危險(xiǎn)性和措施費(fèi)。

3） 節(jié)省鋼材：傳統(tǒng)吊架吊具經(jīng)試算最少需95 t鋼材，而托架吊具僅需7.6 t鋼材，大大降低了工程成本。

3 工程實(shí)施

3.1 托架制作

托架由空間方向不同的板材和一根軸焊接而成，鋼材采用Q345B，單個(gè)托架鋼材1.9 t，按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)趫?chǎng)內(nèi)加工成型。

3.2 托架安裝

鋼橋加工成型后平移至胸墻前沿，采用陸上25 t汽車(chē)吊將托架安裝到鋼橋底，見(jiàn)圖3。

圖3 托架安裝照片F(xiàn)ig.3 Photosofbracketmounting

3.3 托架焊擋

由于托架與橋梁之間存在水平力N（N=2T×cos66°× cos 16°=48 t），為防止托架在鋼橋安裝過(guò)程中水平滑移，在鋼橋的下橫梁底部需用3 cm鋼板焊擋。

3.4 鋼橋起吊

700 t起重船由拖輪拖拽至護(hù)岸前沿水域，垂直于胸墻前沿線方向駐位，船舷位于護(hù)岸軸線外側(cè)19.0m，起重船鉤頭正對(duì)引橋跨中起吊。

3.5 鋼橋安裝

在4個(gè)橋支座墩上測(cè)量施放安裝邊線，起重船吊鋼橋垂直于安裝軸線方向駐位。通過(guò)調(diào)整船舶前后錨纜位置使鋼橋就位后，起重船開(kāi)始落鉤，在距支座頂面50 cm左右時(shí)停止，將事先準(zhǔn)備好的木方支墊在鋼橋和混凝土墻之間，起重船繼續(xù)落鉤，通過(guò)手扳葫蘆精確調(diào)節(jié)橋端部位置，將鋼橋4個(gè)支座下鋼板的中心與球形支座的上鋼板中心對(duì)齊。平穩(wěn)安裝就位后，將梁底下鋼板與支座上鋼板焊接牢固[3]，鋼橋安裝過(guò)程詳見(jiàn)圖4。

圖4 鋼橋安裝過(guò)程圖示Fig.4 The installation processof steelbridge

4 工藝總結(jié)

經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，采用托架吊具安裝大跨度鋼橋具有如下特點(diǎn)：

1）無(wú)需進(jìn)行局部加強(qiáng)處理，不改變?cè)Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2）制作簡(jiǎn)單，耗費(fèi)鋼材量少，托架比吊架節(jié)省鋼材87.4 t；3） 結(jié)構(gòu)輕巧，減少了因吊具給起重船增加的額外吊重；4）體積小，安裝、拆除、運(yùn)輸方便；5）吊點(diǎn)位置設(shè)于橋底部而不是頂部，解決了起重船吊高限制問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

大跨度鋼橋采用托架吊裝工藝安裝取得了成功，是近年來(lái)我國(guó)沿海港口施工中海上吊裝工藝的一次新嘗試，在工藝安全、施工操作、降低成本、保證進(jìn)度等方面，具有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，可為類(lèi)似工程施工提供借鑒。

[1] 船機(jī)性能手冊(cè)[K].天津：中交第一航務(wù)工程局有限公司，2007.Marineengine performancemanual[K].Tianjin:CCCCFirstHarbor EngineeringCo.,Ltd.,2007.

[2]王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析 [M].北京：人民交通出版社，2007.WANGXin-min.Numerical analysisof ANSYSengineering structure[M].Beijing:ChinaCommunicationsPress,2007.

[3] 福佳8萬(wàn)噸碼頭施工組織設(shè)計(jì)[R].大連：中交第一航務(wù)工程局第三工程有限公司，2008.Construction organization design for Fujia 80 000-ton Wharf[R].Dalian:No.3 Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirst Harbor Engineering Co.,Ltd.,2008.