爬升式搖頭桿在纜索起重機(jī)大型貝雷片塔架安拆中的應(yīng)用

陳華勇

福建標(biāo)馳吊裝工程有限公司 漳州 363601

0 引言

纜索起重機(jī)（以下簡稱纜機(jī)）[1]由塔架（含索鞍）、纜風(fēng)索、L 纜索系統(tǒng)、塔架基礎(chǔ)與錨碇、卷揚(yáng)機(jī)布置、自動(dòng)化系統(tǒng)、跑車與吊具等部分組成，其中塔架作為主要受力構(gòu)件，對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化不僅有利于減小材質(zhì)用量，更方便安拆施工及運(yùn)輸。塔架常見的結(jié)構(gòu)由萬能桿件、鋼管塔及大型貝雷片拼裝組成，其中大型貝雷片由于安拆及運(yùn)輸方便而常被用于纜機(jī)塔架，塔架常用汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)或塔式起重機(jī)輔助安拆，但這些輔助起重設(shè)備費(fèi)用較高，工效低，性價(jià)比不高。為了尋求合適可替代方案，本文研制出一種爬升式搖頭桿，可用于輔助大型貝雷片塔架安拆。

1 大型貝雷片塔架結(jié)構(gòu)形式[2]

如圖1、圖2 所示，纜機(jī)塔架的結(jié)構(gòu)形式由主塔及中橫梁采用大型貝雷片（4 m×2.14 m）拼裝而成，主塔塔身采用16 片大型貝雷片組成格構(gòu)式，主塔設(shè)置2道橫梁，中橫梁采用4 片大型貝雷片，頂橫梁采用型鋼焊接而成。北岸塔高為101.8 m，南岸塔高為105.8 m，索鞍橫向布置在主拱肋中心線上，塔間中心間距為28.7 m，主塔構(gòu)造中的大型貝雷片標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段每節(jié)段高4 m，貝雷材質(zhì)Q345B，貝雷主弦桿接頭采用Φ58 mm 貝雷銷連接，貝雷銷材質(zhì)為Cr40，抗剪強(qiáng)度[τ]＝400 MPa。

圖1 塔架結(jié)構(gòu)圖

圖2 塔架節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)布置

2 爬升式搖頭桿結(jié)構(gòu)形式

爬升式搖頭桿[3]由主桿、主梁、拉桿、起升系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、附著等組成，額定起重量為3 t，搖頭桿主桿為Φ325 mm×20 mm 無縫管，主梁為2 根Ⅰ32a，連接銷軸的直徑為Φ50 mm，設(shè)有2 套附著和1 個(gè)支承底盤。搖頭桿主梁兩端按3 t 吊重設(shè)計(jì)，實(shí)際最大吊重為2.2 t。起重索為Φ19.5 mm 鋼絲繩，橫移小車牽引[4]采用1 t 電動(dòng)葫蘆，牽引采用Φ13 mm 二倍率鋼絲繩。其結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 爬升式搖頭桿示意圖

2.1 起升原理

5 t 卷揚(yáng)機(jī)起重索為Φ19.5 mm 出繩，經(jīng)塔底轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向至塔頂轉(zhuǎn)向輪，后到達(dá)主梁端頭的2 個(gè)轉(zhuǎn)向輪，進(jìn)入起升小車，并順繞于吊具，為二倍率鋼絲繩起升，最后固定于主梁下方且靠近主桿處錨固點(diǎn)（見圖3），通過卷揚(yáng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)吊具上升下降。

2.2 牽引原理

牽引索為Φ13 mm 鋼絲繩，纏繞電動(dòng)葫蘆3 ～4 圈后一端經(jīng)主梁端頭轉(zhuǎn)向輪捆綁于行走小車前端，另一端捆綁于行走小車后端形成閉環(huán)，通過電動(dòng)葫蘆正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)起吊小車前進(jìn)后退。

3 爬升式搖頭桿安拆塔架施工工藝

3.1 施工前準(zhǔn)備

圖4 為爬升式搖頭桿安裝主塔構(gòu)件示意圖。在施工前，應(yīng)對(duì)參加吊裝作業(yè)的全體人員做全面的技術(shù)交底，列出詳細(xì)的組織安排，做到分工明確、職責(zé)到位；有專人統(tǒng)一指揮，因各操作點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，操作點(diǎn)、上端調(diào)試點(diǎn)和測量觀測點(diǎn)均應(yīng)配備有對(duì)講機(jī)或其他可靠的通信工具；仔細(xì)核對(duì)爬升式搖頭桿的設(shè)備是否已全部到位，并驗(yàn)收合格后方可投入使用；卷揚(yáng)機(jī)底部4 片裝拼裝場地、塔架基礎(chǔ)及纜風(fēng)錨碇等均已準(zhǔn)備就緒；底部準(zhǔn)備1 臺(tái)25 t 汽車起重機(jī)，用于大型貝雷片的拼裝。

圖4 爬升式搖頭桿安裝主塔構(gòu)件示意圖

3.2 塔架底部4 節(jié)安裝

由25 t 汽車起重機(jī)負(fù)責(zé)安裝底部的4 節(jié)主塔。在主塔基礎(chǔ)后場地內(nèi)進(jìn)行貝雷片組裝，采用汽車起重機(jī)將4片貝雷片依次通過銷軸拼接為口形小構(gòu)件，檢驗(yàn)后放置在存放場進(jìn)行主塔組裝，如圖5 所示。

圖5 主桿與貝雷主塔連接構(gòu)造圖

在拼裝第一節(jié)時(shí)，先將底節(jié)主塔拼裝4 個(gè)口字結(jié)構(gòu)，并將其吊至基礎(chǔ)上方的準(zhǔn)確位置，然后用水平及豎向支撐架將16 組貝雷桁架連接成整體，再用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀測量主塔的垂直度和標(biāo)高；采用手搖千斤頂調(diào)整主塔標(biāo)高，要求平面位置偏差在10 mm 以內(nèi)，主塔垂直度在4 m 高范圍內(nèi)不大于2 mm，再用墊塊及臨時(shí)鋼板材料將整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)定位牢固，將貝雷銷及連接耳板套在貝雷主弦桿的銷孔內(nèi)；最后，將耳板與基礎(chǔ)預(yù)埋板進(jìn)行焊接，焊接完成后割除臨時(shí)固定的墊塊及鋼板。

第1 節(jié)主塔安裝完成后，將移動(dòng)操作平臺(tái)安裝在塔身上作為主塔拼裝人員的施工平臺(tái)，每安裝一層主塔，即用25 t 汽車起重機(jī)起吊將移動(dòng)操作平臺(tái)提升一層，同理安裝其余3 節(jié)主塔。

3.3 爬升式搖頭桿安裝

搖頭桿安裝由25 t 汽車起重機(jī)協(xié)助吊裝。爬升式搖頭桿安裝流程為：1）安裝主桿與附著；2）安裝搖頭桿主梁，主梁與主桿通過銷軸連接；再安裝桿帽頭，桿帽頭與主桿采用銷軸連接；3）安裝拉桿，拉桿與桿帽頭和主梁間亦采用銷軸連接；4）安裝起重小車與橫移電動(dòng)葫蘆；5）安裝吊具與起重鋼絲繩。

爬升式搖頭桿安裝完成后，在正式安裝塔架前需對(duì)其進(jìn)行試吊試驗(yàn)，試吊荷載按1.2 倍進(jìn)行，先進(jìn)行單邊試吊，再在兩端各加載1.2 倍設(shè)計(jì)荷載（3.6 t）進(jìn)行試吊。試驗(yàn)分50%、100%、120%等3 級(jí)進(jìn)行載荷試驗(yàn)，分別上下塔架1 次、往復(fù)橫移小車1 次、旋轉(zhuǎn)主桿1 次。

本試驗(yàn)試吊的目的是檢驗(yàn)兩側(cè)起吊小車在 1.2P動(dòng)載作用下的牽引能力（如牽引力大小、牽引速度、牽引系統(tǒng)的制動(dòng)性能等）；檢驗(yàn)兩側(cè)起吊小車在 1.2P動(dòng)載作用下的起重能力（如起重力大小、起升速度、起升系統(tǒng)的制動(dòng)性能等）；檢驗(yàn)在 1.2P 荷載作用下?lián)u頭桿等結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)；重載下的吊具、軸銷、轉(zhuǎn)向輪等結(jié)構(gòu)的連接件受力觀察。

3.4 塔架安裝

如圖6 所示，爬升式搖頭桿安裝完成后，塔身分4塊進(jìn)行拼裝。一次吊裝塔身對(duì)角線方向的2 塊同時(shí)安裝，單塊質(zhì)量為2.2 t，3 t 爬升式搖頭桿能滿足吊裝質(zhì)量的要求。

圖6 爬升式搖頭桿單層主塔構(gòu)件安裝順序圖

對(duì)稱起吊構(gòu)件至安裝高度后，取掉附著環(huán)板與爬升式搖頭桿間的嵌緊鍥塊，2 個(gè)1 t 手拉葫蘆對(duì)稱手拉搖頭桿底部旋轉(zhuǎn)傳力桿，使待安構(gòu)件位于安裝位置對(duì)角線上，開啟主梁上的橫移牽引電動(dòng)葫蘆，將起吊小車移動(dòng)至安裝位置正上方，然后緩慢放下吊鉤，人工輔助導(dǎo)向使大型貝雷片陽頭落入已安大型貝雷片的陰頭中，最后穿插敲打貝雷銷至銷孔中，并安裝好保險(xiǎn)插銷。

大型貝雷片安裝完成后，再安裝塔間平面與豎向支撐架，安裝完成后，通過4 個(gè)5 t 葫蘆交替提升搖頭桿，搖頭桿提升到位。

在拼裝過程中，主塔高度每隔50 m 安裝一道臨時(shí)纜風(fēng)，主塔4 個(gè)角落前后左右安裝8 根Φ24 鋼絲繩纜風(fēng)繩，以確保主塔拼裝時(shí)的穩(wěn)定性。首先，利用起吊小車或爬升式搖頭桿將纜風(fēng)索一繩頭提升主塔纜風(fēng)索安裝位置，利用繩夾將該繩頭綁扎于主塔一側(cè)主弦桿（在捆綁處增加槽鋼內(nèi)木方及保護(hù)墊，尤其是直角拐彎處）；另一端人工穿過轉(zhuǎn)向輪后進(jìn)入卷揚(yáng)機(jī)，先用卷揚(yáng)機(jī)拽拉纜風(fēng)索但不收緊，以減少手拉葫蘆收緊更換次數(shù)。臨時(shí)打梢臨時(shí)纜風(fēng)索，將卷揚(yáng)機(jī)繩子放出，經(jīng)轉(zhuǎn)向輪反向用繩夾臨時(shí)固定在纜風(fēng)索上，并在繩端制作簡易索扣，用千斤頭制成索扣也綁定在纜風(fēng)索上方，纜風(fēng)索與千斤頭索扣之間用手拉葫蘆連接，手拉葫蘆拉緊使2 個(gè)索扣初步受力，解除纜風(fēng)索轉(zhuǎn)向輪處的繩夾，將卷揚(yáng)機(jī)粗調(diào)改為手拉葫蘆微調(diào)，通過手拉葫蘆收緊實(shí)現(xiàn)纜風(fēng)索收緊；同理，安裝另外3 側(cè)纜風(fēng)索。手拉葫蘆對(duì)稱微調(diào)主塔前后或左右主塔偏移，調(diào)整過程中時(shí)時(shí)觀測主塔垂直度。將此繩頭至纜風(fēng)繩初張力以50 kN 進(jìn)行控制，在纜風(fēng)繩張拉過程中，由測量人員對(duì)已拼主塔的垂直度進(jìn)行觀測，保證纜風(fēng)索安裝完成后主塔垂直度在H/1 000 內(nèi)，塔頂偏位在20 mm 以內(nèi)。與此同時(shí)，經(jīng)測量檢查并作調(diào)整后對(duì)先期拼裝的部分各節(jié)點(diǎn)的連接螺栓進(jìn)行拼裝過程的全面檢查、補(bǔ)擰，以消除主塔因拼裝而產(chǎn)生過大變形，并將結(jié)構(gòu)的非彈性變形降低到最低限度。貝雷桁架桿件均為同一工裝加工制作，且貝雷銷與銷孔為緊密配合，只要塔底標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼裝精度嚴(yán)格控制，上部塔身結(jié)構(gòu)的垂直度通過纜風(fēng)索調(diào)整便能得以保證。

3.5 搖頭桿爬升

如圖7 所示，搖頭桿的爬升首先將交替將2 主桿附著上移至頂層貝雷架上；在頂層貝雷片上掛設(shè)2 個(gè)5 t手拉葫蘆，鏈條底部用卡環(huán)連接主桿底部2 耳板提升孔，將附著環(huán)板內(nèi)的嵌緊鍥塊取掉，使主桿與附著環(huán)板間有5 mm 間隙；然后開始拉收手拉葫蘆提升搖頭桿，鏈條長度為3 m，提升2 m 后在搖頭桿上另掛2 個(gè)5 t 手拉葫蘆，將先前的5 t 葫蘆取掉；再次拉收手拉葫蘆提升搖頭桿，收到主桿底部約高于支承底盤；最后將搖頭桿支承底盤從下層上移一層大型貝雷片，放松手拉葫蘆使主桿底端落入支承底盤，最后取掉手拉葫蘆，將附著間的嵌緊鍥塊安裝好，進(jìn)行下一節(jié)段的吊裝。

圖7 爬升式搖頭桿爬升圖示

3.6 搖頭桿拆除

爬升式搖頭輔助大型貝雷片塔架至安裝高度，安裝塔頂索鞍及跑車臨時(shí)擱置平臺(tái)，纜機(jī)設(shè)備安裝完畢，無需拆除。待纜機(jī)施工完畢，利用搖頭桿對(duì)大型貝雷片塔架進(jìn)行拆除，塔架拆除施工工藝與安裝工藝相反，不再贅述。待塔架下降至地下4 節(jié)，利用25 t 汽車起重機(jī)輔助拆除爬升式搖頭桿及底下4 節(jié)大型貝雷片。

3.7 塔架安拆安全注意事項(xiàng)

1）塔架安拆時(shí)風(fēng)速不大于六級(jí)，否則應(yīng)停止安拆。

2）參加塔架安拆的操作人員應(yīng)熟悉塔架及爬升式搖頭桿的結(jié)構(gòu)、性能及其施工工藝、使用說明書的各項(xiàng)有關(guān)要求，操作要領(lǐng)與安全規(guī)程。

3）在塔架安拆前，應(yīng)認(rèn)真檢查機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備及安全保護(hù)裝置。

4）在施工時(shí)，必須設(shè)專人指揮，各位置的操作人員必須聽從指揮，不得擅自進(jìn)行起吊和其他作業(yè)；發(fā)出緊急停車信號(hào)后，操作人員均應(yīng)立即停車。

5）起吊、牽引操作人員必須在確認(rèn)指揮信號(hào)后方可進(jìn)行操作，操作前應(yīng)先鳴鈴或發(fā)出信號(hào)。

6）所有參加安拆的操作人員必須是將來參加正式吊裝的操作人員，在正式吊裝過程中不得隨意變動(dòng)操作人員。

7）起吊重物下嚴(yán)禁站人；其他施工設(shè)備遠(yuǎn)離起吊范圍應(yīng)不小于10 m。

8）禁止高空拋物，施工工具收好，不得隨意丟放。

9）起吊時(shí)應(yīng)起落平穩(wěn)，嚴(yán)禁斜拉、斜吊或超載起吊；六級(jí)以上大風(fēng)嚴(yán)禁起吊；嚴(yán)禁吊送人員。

10）工作完畢后，應(yīng)卷揚(yáng)機(jī)切斷電源，并對(duì)電源閘刀盒加鎖。

4 爬升式搖頭桿驗(yàn)算[5]

采用Midas/Civil 軟件建立爬升式搖頭桿受力模型，其中主桿與主梁采用梁單元，主桿在底部固接處理，拉桿采用桁架單元。

1）工況1

搖頭桿兩端對(duì)稱吊額定吊重物為3 t，由圖8 ～圖10 可知，搖頭桿受最大應(yīng)力為33 MPa ＜[σ]＝170 MPa，滿足要求；最大支反力為100 kN，搖頭桿支承底盤承受100 kN 的豎向荷載，由2 條2 拼匚10 槽鋼承受，單條2 拼匚10 承受的最大彎矩為M＝0.3×25 ＝7.5 kN·m，2 拼匚10 的抗彎模量為W＝65 600 mm3，彎曲應(yīng)力為σ＝7.5×1 000 000/65 600 ＝114 MPa ＜160 MPa，滿足要求。一階失穩(wěn)模態(tài)系數(shù)K1＝15.4 ＞4，滿足要求。

圖8 搖頭桿兩端對(duì)稱吊重物時(shí)應(yīng)力圖（最大33 MPa）

圖9 搖頭桿兩端對(duì)稱吊重物時(shí)支反力圖（最大100 kN）

圖10 搖頭桿兩端對(duì)稱吊重物時(shí)失穩(wěn)模態(tài)圖（K1 ＝15.4 ＞4）

2）工況2

搖頭桿偏載吊額定吊重物為3 t，由圖11 ～圖13 可知，搖頭桿受最大應(yīng)力為134 MPa ＜[σ]＝170 MPa，滿足要求；最大豎直反力為70 kN ＜100 kN(工況1)，搖頭桿支承底盤的2 條2 拼匚10 槽鋼受力滿足要求，不再贅述。

圖11 搖頭桿偏載吊重物時(shí)應(yīng)力圖（最大134 MPa）

圖12 搖頭桿偏載吊重物時(shí)支反力圖（豎向最大70 kN，橫向最大48 kN）

圖13 搖頭桿偏載吊重物時(shí)失穩(wěn)模態(tài)圖（K1 ＝20 ＞4）

最大水平反力為48 kN，由附著提供6 顆M22 螺栓的抗剪力承受，共能承受的剪力Q＝6×140×380 N ＝319 200 N ＝319 kN ＞48 kN，滿足要求。一階失穩(wěn)模態(tài)系數(shù)K1＝20 ＞4，滿足要求。

3）搖頭桿驗(yàn)算結(jié)論

由以上計(jì)算結(jié)果可知，爬升式搖頭桿在偏載與對(duì)稱吊裝情況下桿件受力均小于170 MPa 的許用應(yīng)力，一階失穩(wěn)模態(tài)系數(shù)K1均大于4，搖頭桿強(qiáng)度與穩(wěn)定均能滿足規(guī)范要求。

5 施工效果

通過實(shí)踐檢驗(yàn)，超高塔架采用爬升式搖頭桿輔助安拆塔架的費(fèi)用比采用汽車起重機(jī)等輔助安拆減少將近一半，且由于搖頭桿每次吊裝8 片大型貝雷片，工效大大提高，比汽車起重機(jī)等起重設(shè)備單獨(dú)一片安裝或一次只吊4 片大型貝雷片安拆時(shí)間顯著減小。

6 結(jié)語

爬升式搖頭桿用于輔助纜機(jī)大型貝雷片塔架安拆施工，能夠提高施工效率，降低施工成本，提高拼裝作業(yè)安全，已多次應(yīng)用于纜機(jī)塔架的安拆。爬升式搖頭桿制作簡便成本低，且操作起來方便，具有很好地實(shí)用價(jià)值；為加強(qiáng)高空作業(yè)安全性，設(shè)計(jì)研發(fā)移動(dòng)操作平臺(tái)與爬升式搖頭桿配套使用，隨著塔身的升降而移動(dòng)，解決傳統(tǒng)每層搭設(shè)臨時(shí)操作平臺(tái)的問題，減少高空搭設(shè)施工平臺(tái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)節(jié)約了每層搭設(shè)平臺(tái)的材料與施工費(fèi)用。綜合實(shí)現(xiàn)成本可控、效益提升的目的，爬升式搖頭桿在大型貝雷片塔架的使用具有減原材、提工效、可周轉(zhuǎn)、強(qiáng)安全等優(yōu)點(diǎn)，可在同類型工程或與地形地貌相關(guān)工程中廣泛推廣。