大型桥梁主跨桥面吊机的设计及应用
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作者: 王海生
摘要：在桥梁工程施工的过程中，使用的桥面吊装设备和吊装技术是施工的重点，对施工质量有较大的影响。基于此，本文对大型桥梁主跨桥面吊机的设计和应用进行探讨。
关键词：大型桥梁；主跨桥面；吊机设计
中图分类号： U 445134 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（c）-0000-00
1 工程简介
某工程桥梁使用塔索梁结构作为桥面吊机的主要承重结构，使用全焊接桁架式结构进行主梁的焊接，使用格构式钢塔，在桥的顶部设置钢锚梁，使用平行钢丝成品索对一些竖向弯矩和荷载进行平衡，整个吊机的为三角形，上弦和下弦杆的中心距离为三米，横向中心距离为两米，桁架的总长度为44.5m。
2 设计桥面吊机的难点和总设计思路
2.1 设计桥面吊机的难点
（1）需要吊机可以同时适应各种吊装工况，设计桥面吊机时，要达到标准段、结合段、合龙段的吊装要求，由于这三种吊装工况在节段中心、节段重量、支锚点的位置存在差异性，对桥面吊机结构的设计造成了很大的影响。（2）需要吊机支锚点传力结构符合该桥梁主体结构系统的基本要求，由于该桥梁是使用桥面板和桁架受力杆构成桥梁的主跨钢梁节段，桥面很薄弱，需要在主要的受力杆件上进行吊装设备、临时吊点支撑点和锚固点的设置，和箱梁结构相比，在选择吊机支锚点的时候，会被限制在一定范围中。（3）限制了吊机自身的重量。由于该桥梁的吊机支锚点处于主弦杆上，斜拉索是在梁端的锚固节段的弦杆上进行固定的，在转换荷载时，结构会出现反向变形的情况，这时在拼装桥梁结构时，如果使用全焊接的形式会产生不利影响，所以字设计吊机时，要尽可能降低吊机自身的重量。综上所述，在对该桥梁的桥面吊机进行设计时，除了要考虑吊机是否可以很好的适应此桥面结构，还要符合各个施工节段的安装要求。
2.2 设计桥面吊机的基本思路
（1）使用液压千斤顶时，有比较稳定的提升速度，不会以为钢丝绳穿道过多，出现提升速度流失的情况。和本工程封航时间长、吊段重量大的要求相适应。（2）使用千斤顶进行施工，可以利用电脑系统对四个吊点进行单独控制，适应各个节段工况因中心变化导致的前后吊荷载变化。（3）因为主桁架之间距离比较大，应使用分体式的吊装设备，为了达到结构的横向稳定要求，要使用重心比较低的设备进行提升，考虑到卷扬机系统的钢丝绳滑轮组对净空的要求比较高，在卷扬机系统中是无法使用低重心吊机结构的。
经研究决定，本工程使用分离式低重心液压千斤顶的结构类型将吊机成对工作完成，使用桁架的承载结构形式，前面的支点位于主弦杆和桥面桁架梁的上横梁处。
3 设计桥面吊机的结构类型
3.1 主承载结构的设计
3.1.1 钢塔的结构
使用门架形式作为钢塔横桥的结构，为了提高钢塔的横向稳定性，在钢塔的内部设置交叉的剪刀撑，钢塔的顶部使用钢箱横梁，并将整体式拉索耳板设置在横梁的两侧，使用拉索和销轴对钢塔的上部进行连接，为了保证吊装前和吊装后，钢塔持续处于轴向受力的状态，架桥机主桁架上弦杆节点和下端使用销轴进行连接。
3.1.2 主桁架结构
在设计主桁架时，要对斜拉锁初始预拉力对结构变形和内力造成的影响，对斜拉索张拉初始预拉力后上下弦杆的拉应力以及吊重情况下产生的拉压应力的绝对值要基本相同。此外，在吊重状态下的变形要控制在张拉索产生反变形以内。
3.1.3 拉索系统结构
使用四根平行钢丝锁作为架桥机拉锁系统，根据架桥机吊载前后主桁架的挠度对背索和前索进行设计，也就是说要控制好主桁架吊载前和吊载后的竖向挠度范围。背索设计为可调索，并使用连接接头分别和主桁上弦点与销轴的结点连接，另一端利用两根螺杆和拉索锚具进行锚固，并利用张拉螺杆进行调索。
3.2 定位锚固系统
定位锚固系统主要是用来对行走到位的吊机进行精确调整，并进行后锚点力和前支点的锚固和传递，使用千斤顶和垫梁将前支点支撑在吊机主桁架下方，由于需要降低后锚点和前支点的受力，在确定后锚点的锚固位置时，需要考虑一个半节间，并使用节段吊装吊点锚固。
3.2.1 后锚点螺杆系统的主要构成
吊机后锚点锚固系统主要是由螺杆、锚固横梁、连接头等构成，在吊机下弦杆最后面两根横连的位置分别设置了一个箱形断面的锚梁，并使用两个强度比较高的螺杆和连接头进行连接，为了适应吊装过程中，吊机加载的过程中锚点出现纵向位移的情况，在螺杆的一侧设置球状垫圈，保证锚后主拉螺杆可以持续保持轴向受力，防止出现受弯的情况。
3.2.2 前支点垫梁结构构成
使用钢墩的形式将吊机前支点架桥机的竖向荷载传输到桥面的主桁节点上，从而来保证吊机的横向稳定。使用变截面箱形梁作为垫梁，分别设置三个钢墩，其中主要受力钢墩为中间桥面结构桁上的钢墩，稳定钢墩为小纵梁位置的钢墩，使用斜撑对主桁架上弦杆和垫梁的一端进行连接，对桁架进行横向稳定支撑。
4 吊机的实际应用
4.1 吊装标准段
在吊装标准段的时候，一般会从驳船上直接进行起吊，在吊装时，桥面吊机前支点处于已经安装好的节段主横梁上，在进行锚固前，后锚固点位于已经安装的一个近塔端主吊耳上，而且，在第一个锚固横梁上进行后锚点的锚固，各个吊点之间的距离为9.8m，千斤顶的提升挂架处于桥面吊机前端1～5个节点之间，所以，在对标准段进行吊装前，要先把吊装结合段第三个节间纵移小车系统和第三个节间千斤顶挂架移动到首个节间。
4.2 吊装结合段
在对结合段进行吊装时，桥面吊机的前支点要处于边跨钢混结构最后面的结点钢结构上，利用钢墩连接桥面吊机垫梁，在第二个锚固横梁上设置后锚固点，在边跨钢混凝土的第三个结点钢结构上进行梁端锚固，结合段之间的距离为6.276，提升千斤顶挂架处于桥面吊机第三节和第五节之间。
4.3 吊装合龙段
该桥梁工程的合龙段的重量为721t，各个吊点之间的距离为20.12m，不符合桥面吊机前后吊具距离的基本要求，为了使吊装过程中，受力比较对称，使用四个桥面吊机对中跨合龙段进行吊装，不同的吊机使用一套提升系统，为了达到四台吊机联动的效果，要重新连接和调试四台吊机控制系统。
5 结语
综上所述，本工程整体使用拉索系统进行桥面吊机的设计，并对预拉索力进行了合理的设置，使结构出现了反向预拱变形，提高了结构的竖向承载力，有效的减少了钢的使用量，整体结构比较轻巧，降低了设备自身的重量，具有良好的科学性和经济型，在细节方面，使用双向铰接的结构作为吊机结构，可以更好地适应吊装构件吊装时出现的纵横向摆动，具有移动速度快，操作简单、控制准确度高等优点，值得同类工程引用借鉴。
参考文献：
[1]何雨，陶路，彭旭民.坝陵河大桥桥面吊机过铰监控技术[J].世界桥梁，2011，（01）.
[2]王武斌.复合式缆索吊机在落布溪大桥钢管拱肋吊装施工中的应用[J].科学之友，2011，（05）.
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