1800t架梁起重機(jī)的結(jié)構(gòu)與吊裝設(shè)計(jì)

余美娟 YU Mei-juan；呂基蕊 LV Ji-rui；江名金 JIANG Ming-jin；門晟明 MEN Sheng-ming

（①蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210000；②保利長大工程有限公司，廣州 510000；③長沙理工大學(xué)，長沙 410000）

0 引言

滬通長江大橋位于江蘇段，是連接南通市（通州區(qū)）和蘇州市（張家港市），也作為滬通鐵路線的控制性工程，全長共11072米。主橋采用主跨1092米的鋼桁梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，是目前世界上跨徑最大的公鐵兩用斜拉橋，也是世界上首座超過千米跨度的公鐵兩用橋梁[1]。因施工條件和技術(shù)要求，由中鐵工業(yè)九橋公司為滬通長江大橋主橋量身定制了一臺(tái)“全球最大的空中造橋機(jī)”——1800噸專用架梁起重機(jī)，它是目前國內(nèi)，乃至世界同類設(shè)備創(chuàng)起重噸位最大，技術(shù)難度最高、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)最多的一種新型專用架梁設(shè)備。

1 架梁機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

1.1 組成系統(tǒng)

1800t桅桿式架梁起重機(jī)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)架結(jié)構(gòu)、頂升系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、起升系統(tǒng)、吊點(diǎn)調(diào)整機(jī)構(gòu)、錨固系統(tǒng)等6部分組成[2]；架梁起重機(jī)的示意圖與主要技術(shù)參數(shù)如圖1、表1所示。

表1 架梁起重機(jī)的主要參數(shù)

圖1 架梁起重機(jī)的示意圖

1.2 桿件計(jì)算

采用madis對架梁起重機(jī)的桿件應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，以吊重（1.1P）+自重+風(fēng)載荷為控制荷載，經(jīng)計(jì)算滿足要求，架梁機(jī)的主機(jī)架應(yīng)力計(jì)算結(jié)果均滿足使用要求。

1.3 系統(tǒng)組成

桅桿式架梁起重機(jī)的主要組成分為6個(gè)系統(tǒng)。其機(jī)身自重為1033噸，額定起重量為1800噸，起吊幅度在13米至22.15米。1800噸架梁吊機(jī)穩(wěn)定性好[3]，作業(yè)精度高，可以兩側(cè)整節(jié)段同時(shí)吊裝，大大縮短了現(xiàn)場施工作業(yè)時(shí)間，減少了航道交通管制的時(shí)間與次數(shù)，從而盡可能保證航道正常通行。

機(jī)架系統(tǒng)：由四個(gè)菱形桁片與橫向桿件組成，可防止中間桁片與中部斜拉索干涉。

頂升系統(tǒng)：由三個(gè)前支腿及四個(gè)后支腿組成。三個(gè)前支腿分別布置在鋼梁的三個(gè)上弦桿上方：一個(gè)中桁恒壓支腿及兩個(gè)邊桁支腿，中桁恒壓支腿配一臺(tái)2000t級恒壓油缸來控制中桁支反力，邊桁支腿為調(diào)節(jié)螺桿式剛性支腿。

行走系統(tǒng)：起重機(jī)整機(jī)為油缸頂推步履式走行，由液壓驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)及軌道的前移和后退。整機(jī)走行系統(tǒng)共布置四根走行軌道，每根走行軌道上各布置一個(gè)前滑靴、一個(gè)后滑靴、一個(gè)軌道懸掛機(jī)構(gòu)。油缸頂推換步能自動(dòng)進(jìn)行，不需人工插拔銷軸。

起升系統(tǒng)：由兩套邊桁起升系統(tǒng)及一套中桁起升系統(tǒng)組成，每套起升系統(tǒng)均由定滑輪組、動(dòng)滑輪組、吊具、鋼絲繩組成。將三個(gè)吊點(diǎn)形成一個(gè)等腰三角形的形狀，吊裝時(shí)，只要保持鋼梁節(jié)段重心與三吊點(diǎn)三角形形心在同一條鉛垂線上，則三吊點(diǎn)受力會(huì)自動(dòng)均衡。

吊點(diǎn)調(diào)整系統(tǒng)：由縱移大橫梁、縱移小橫梁組成。縱移大橫梁落在邊桁上縱梁的滑座上，不與中間兩桁片接觸?？v移小橫梁落在中桁上縱梁的滑座上。

錨固系統(tǒng)：分為邊桁錨固系統(tǒng)及中桁錨固系統(tǒng)。為了可最大限度避讓斜拉索，后錨固裝置設(shè)計(jì)為可自動(dòng)左右旋轉(zhuǎn)。

2 吊點(diǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新

2.1 吊點(diǎn)系統(tǒng)的組成分析

該架梁起重機(jī)的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的架梁機(jī)相比，在設(shè)計(jì)上對吊裝系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新研究，采用了三點(diǎn)均衡吊裝系統(tǒng)，極大的提升了作業(yè)效率，而以往同類型橋面起重機(jī)將三吊點(diǎn)設(shè)置在一根橫梁上，當(dāng)?shù)觞c(diǎn)起升速度不一致或需要架梁對位調(diào)整時(shí)，很容易造成某個(gè)吊點(diǎn)的鋼絲繩松弛，吊點(diǎn)承載嚴(yán)重不均勻。從而引起單個(gè)吊點(diǎn)的設(shè)計(jì)提升力大幅增加，造成起重機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)重量增加以及起升系統(tǒng)的負(fù)載能力增加，增加制造成本。中吊點(diǎn)提升速度慢，則中間鋼絲繩松弛；邊吊點(diǎn)提升速度慢，則邊吊點(diǎn)鋼絲繩松弛，如圖2、圖3所示。

圖2 中吊點(diǎn)鋼絲松弛圖

圖3 邊吊點(diǎn)鋼絲松弛圖

本起重機(jī)將兩邊吊點(diǎn)置于一根長橫梁上，中桁吊點(diǎn)置于一根短橫梁上，長短橫梁前后錯(cuò)開，使三個(gè)吊點(diǎn)形成一個(gè)等腰三角形的形狀，吊裝時(shí)，先調(diào)整鋼梁節(jié)段重心與三吊點(diǎn)三角形形心在同一條鉛垂線上，然后控制三吊點(diǎn)的同步提升，即可保證三個(gè)吊點(diǎn)受力基本均衡。三吊點(diǎn)受力均衡，可有效減小單個(gè)吊點(diǎn)的最大受力，從而降低單個(gè)桁片的設(shè)計(jì)重量；有效控制鋼梁節(jié)段單個(gè)吊耳的受力，避免鋼梁節(jié)段自身因?yàn)槭芰Σ痪斐善茐?，具體如圖4和圖5所示。

圖4 三點(diǎn)均衡吊裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖5 三點(diǎn)均衡吊裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析示意圖

2.2 吊點(diǎn)負(fù)載的影響分析

鋼梁重心與吊裝系統(tǒng)形成的三角形的形心重合，通過上圖可推導(dǎo)出P1=P2=P3。在鋼梁整節(jié)段上設(shè)置傾角傳感器，并以縱、橫向傾角信號(hào)為依據(jù)進(jìn)行各吊點(diǎn)的同步控制，保證了起升過程中鋼梁的縱、橫向傾角不大于0.5°，起升過程安全可靠、操作簡便。

三吊點(diǎn)三角形高度尺寸（h）的確定主要考慮兩個(gè)影響因素：

①吊點(diǎn)提升不同步對單點(diǎn)負(fù)載的敏感性分析：h越大，敏感性越低，越有利于吊點(diǎn)受力均衡。

②機(jī)架結(jié)構(gòu)尺寸的限制：h越小，機(jī)架結(jié)構(gòu)上縱梁尺寸越小，機(jī)架自重越輕。

實(shí)際吊裝時(shí)，允許的超載值為660t，控制吊點(diǎn)的不同步程度在80mm以內(nèi)。經(jīng)過分析考慮后選擇h=4.05m為依據(jù)，針對吊點(diǎn)提升不同步對單點(diǎn)負(fù)載的影響情況進(jìn)行分析，具體敏感性分析如表2。

表2 1800t吊重下吊點(diǎn)提升不同步對吊點(diǎn)負(fù)載的敏感性分析

當(dāng)?shù)觞c(diǎn)存在不同步時(shí)，會(huì)使得鋼梁偏斜，導(dǎo)致重心偏移，從而引起各吊點(diǎn)的負(fù)載變化，因此，需研究吊點(diǎn)不同步對吊點(diǎn)負(fù)載影響的敏感性。經(jīng)分析可知，要滿足三吊點(diǎn)受力偏差不超過10%，則需保證同步性在80mm以內(nèi)，單吊點(diǎn)的受力值不超過660t，對應(yīng)的鋼梁順橋向傾斜角度為1.1°。因此，在起升以及對位過程中，各吊點(diǎn)的不同步程度不允許超出該限值。

3 結(jié)語

對1800t桅桿式架梁起重機(jī)進(jìn)行介紹，詳細(xì)的闡述了該桅桿式架梁起重機(jī)的結(jié)構(gòu)組成與吊裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。采用midas有限元軟件對整機(jī)的機(jī)架進(jìn)行驗(yàn)算，并對架梁起重機(jī)的吊裝系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，整機(jī)采用三點(diǎn)均衡吊裝系統(tǒng)。通過吊裝實(shí)驗(yàn)分析吊點(diǎn)提升不同步對吊點(diǎn)負(fù)載的影響，可以得出結(jié)論：為了使三吊點(diǎn)系統(tǒng)的受力偏差在10%以內(nèi)，需要滿足吊點(diǎn)同步性在80mm內(nèi)，為大重量架梁起重機(jī)的設(shè)計(jì)與發(fā)展提供了技術(shù)指導(dǎo)與理論依據(jù)。