塔機(jī)非標(biāo)附著在橋梁施工中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

尚立強(qiáng)，汪勇華

（陜西建設(shè)機(jī)械股份有限公司，陜西 西安 710200）

由于實(shí)際施工需要，塔機(jī)通常都需要附著，以滿足建筑的吊裝要求。塔機(jī)附著主要目的是為了增加標(biāo)準(zhǔn)節(jié)柔度，防止發(fā)生失穩(wěn)破壞，造成安全事故。因此，附著是塔機(jī)安全施工的重要節(jié)點(diǎn)。通常塔機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)預(yù)設(shè)數(shù)種標(biāo)準(zhǔn)型附著（見圖1），但隨著建筑物形式、施工環(huán)境的不同，這些標(biāo)準(zhǔn)型附著形式很難滿足需求。尤其是在橋梁橋墩、電視塔、火電廠冷卻塔等高聳結(jié)構(gòu)的建筑施工中，一般都需要進(jìn)行附著的非標(biāo)設(shè)計(jì)。

圖1 塔機(jī)附著標(biāo)準(zhǔn)類型

以橋梁為例，近年來隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，跨江、跨海、跨山的各種橋梁建設(shè)走在了全球前列。大型塔機(jī)在橋梁建設(shè)中的應(yīng)用也越發(fā)廣泛，其中以在斜拉橋中的應(yīng)用最為常見［1］。由于橋梁的主墩高度較高且受墩身截面收縮或者尺寸偏小等各因素的影響，塔機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)型附著很難實(shí)施。尤其是在跨海大橋項(xiàng)目中，需要在同一主墩承臺(tái)上協(xié)調(diào)安裝塔機(jī)和施工電梯，往往會(huì)對塔機(jī)附著造成更加不利的附著角度。因此，如圖1所示的標(biāo)準(zhǔn)型附著幾乎沒有使用的可能。為解決這一問題，塔機(jī)附著的非標(biāo)設(shè)計(jì)就勢在必行。

本文結(jié)合幾個(gè)典型的施工案例探討塔機(jī)附著非標(biāo)設(shè)計(jì)的幾種類型，并以平潭海峽公鐵兩用大橋中某一主塔施工為例，說明在該種類型的非標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題與難點(diǎn)及其解決方法。

1 非標(biāo)準(zhǔn)型附著形式

一般來說，塔機(jī)施工需要的非標(biāo)附著主要有6類，見表1。

應(yīng)注意，上述幾種類型除Ⅵ型軟附著不在橋梁附著施工中出現(xiàn)，其他幾型都有發(fā)生，而且并非單一，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)種疊加。例如，一般位置不佳同時(shí)包含附著距離遠(yuǎn)、附著角度小等工況，在施工時(shí)應(yīng)充分考慮。塔機(jī)在橋梁施工中，既要滿足狹小空間內(nèi)施工電梯的合理布置和方便人員的上落與安全問題，又要兼顧在橋墩施工后期斜拉索布置的平立面空間需求與塔機(jī)的降節(jié)拆除空間矛盾等各種訴求，非標(biāo)附著的應(yīng)用為同類工程作出示范性的應(yīng)對措施。

表1 非標(biāo)附著類型及解決方案

本文通過平潭公鐵兩用大橋的塔機(jī)附著方案，具體介紹這種非標(biāo)附著在實(shí)際施工中的應(yīng)用。大橋橋墩塔高205m，為“H”型混凝土結(jié)構(gòu)。塔柱縱向尺寸由塔頂9m按線性增加到塔底15m，橫向尺寸為6～10m，其整體寬度不滿足塔機(jī)正常附著點(diǎn)所需要的拉桿角度。工程區(qū)域?yàn)榈湫偷暮Ｑ笮约撅L(fēng)氣候，施工中需考慮日常風(fēng)速及夏季臺(tái)風(fēng)的影響［2］。

2 非標(biāo)附著設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 塔機(jī)附著布置

大橋主塔采用2臺(tái)D1100-63塔機(jī)，一高一矮沿對角對稱布置。其中較高的1#塔機(jī)最大高度231.7m，設(shè)置5道附著；較矮的2#塔機(jī)最大高度214.6m，設(shè)置4道附著。塔機(jī)附著布置參數(shù)如表2所示。塔機(jī)附著的平面和立面示意圖分別如圖2和圖3所示。

表2 塔機(jī)附著布置參數(shù)

圖2 非標(biāo)附著平面布置

圖3 非標(biāo)附著立面布置

2.2 非標(biāo)附著設(shè)計(jì)概述

本文中非標(biāo)附著結(jié)構(gòu)包括塔機(jī)附著桿件、附著桿端連接、結(jié)構(gòu)端附著預(yù)埋件、塔機(jī)端附著裝置等四大部件［3］。附著桿均采用φ450×14mm無縫鋼管，材質(zhì)為Q345B，每道附著共4根附著桿；附著桿兩端分別與塔機(jī)附著框、塔機(jī)預(yù)埋件通過φ130mm銷軸連接，銷軸材質(zhì)為40Cr；埋件結(jié)構(gòu)由耳板結(jié)構(gòu)、鋼棒及精軋螺紋鋼筋組成。其中耳板結(jié)構(gòu)由材質(zhì)Q345B鋼板焊接而成；鋼棒采用φ120mm（φ80mm）材質(zhì)Q345B鋼棒；精軋螺紋鋼筋采用φ40mm、PSB1080精軋螺紋鋼筋。各材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)如表3所示［4］。

工作狀態(tài)風(fēng)荷載：按作業(yè)面8級(jí)風(fēng)考慮，計(jì)算風(fēng)速按Vs=28.3m/s取值；非工作狀態(tài)風(fēng)荷載：基本風(fēng)速［5］按10m高度10年一遇10min時(shí)距平均風(fēng)速Vp=36.7m/s取值，陣風(fēng)系數(shù)取1.3，風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算時(shí)冪指數(shù)按0.1取值，即（h/10）0.1。

表3 材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)表

塔機(jī)D1100-63臂長60m，獨(dú)立高度為77m，塔 機(jī)頭部荷載如表4所示。

表4 塔機(jī)頭部荷載表

2.3 非標(biāo)附著的計(jì)算

由于橋梁所處海域氣象復(fù)雜，每道附著均需涉及兩塔機(jī)的各種工況及360?；剞D(zhuǎn)的所有綜合情況，結(jié)合福建氣候中心所在海域?qū)ｎ}報(bào)告提供的相關(guān)力學(xué)數(shù)據(jù)，通過Midas有限元程序建立平面模型。附著桿件采用2D梁單元模擬，塔機(jī)附著框采用較大剛度剛體模擬，附著桿件與主塔連接端按鉸接約束模擬吊附著處反力施加到附著框上。有限元模型如圖4所示。其中風(fēng)荷載按照45°梯度加載。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析比對，所有附著中最不利的極值情況均為非工作狀況下，簡化為表5。其中正值為軸壓力，負(fù)值為軸拉力。

圖4 有限元模型

表5 拉桿荷載表

2.4 附著桿的復(fù)核計(jì)算

主肢選材均采用φ450×14mm無縫鋼管，材質(zhì)為Q345B。其物理特性參數(shù)如表6所示。

表6 φ450×14mm無縫鋼管參數(shù)表

3 結(jié)束語

通過上述施工實(shí)例，可以看出在橋墩類高聳結(jié)構(gòu)的塔機(jī)施工中，非標(biāo)附著的使用是不可避免的。它能有效解決現(xiàn)場施工空間小、附著位置不足等多方面的限制。但是也應(yīng)注意到，非標(biāo)附著設(shè)計(jì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以足夠的重視。尤其設(shè)計(jì)附著的平面、立面布置以及附著拉桿與節(jié)點(diǎn)等細(xì)節(jié)時(shí)，應(yīng)充分考慮施工實(shí)際工況，按照規(guī)范嚴(yán)格施工，確保不出現(xiàn)安全事故。