某大型桥梁超大重量加劲梁吊装新技术研究

某大型桥梁超大重量加劲梁吊装新技术研究

张佳浩1，王雨妍2

1.中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉 430040；

2.中交武汉智行国际工程咨询有限公司，湖北武汉 430040

摘  要：随着国家大型基础设施建设上马，公路、铁路项目逐年增多，需要建设相应的大型桥梁，边远山区、大江大河上建设常规的起重机械无法满足吊装的需要，缆载吊机吊装能力也从小吨位发展到几百吨。近年来随着泰州大桥、马鞍山大桥和鹦鹉洲长江大桥等悬索桥的建设，在目前普遍的加劲梁吊装方法中，一般需要在加劲梁桥面板上设置若干个临时吊耳，吊耳通过销轴及钢绞线与吊具连接，待加劲梁安装到位后拆除吊具与吊耳的临时连接，现在施工方法存在不足，本文旨在提出一种新型的吊具结构来满足吊装需求，提升安装质量和工效、减少安装时间。取消传统加劲梁施工中设置的临时吊耳，减少对桥面板的焊接及切割打磨损伤，同时减少安装工序，节约人工及材料成本，将吊具设计成C型结构，取代了传统的设置在桥面板上，受力结构更安全合理；吊具在使用过程中，无需人工参与，避免传统施工中需要多人进行吊具连接工序，提高了施工效率，减少了施工人员作业风险，为其他项目提供了参考。

关键词：大型桥梁；悬索桥；加劲梁；吊具；无吊点

1 工程概况

该大桥为双塔三跨悬索桥，其中中跨长度2180米，大桥上部结构主缆为双主缆平行结构，主缆直径为1486mm，两主缆截面中心距为42.6米，加劲梁为双层桁架结构，加劲梁最大吊重约1300吨。

主跨加劲梁拟采用4台缆载吊机两两抬吊安装施工，其施工顺序为缆载吊机从中跨跨中位置抬吊第一片加劲梁，然后分别向边跨施工，塔区加劲梁采用缆载吊机荡移方式安装施工。考虑施工周期影响，缆载吊机直接在中跨跨中位置安装以节约缆载吊机从塔区走行到跨中位置的时间，加劲梁无临时吊点，吊具需进行专门设计。[1-5]

2 缆载吊机选型设计

缆载吊机需设计整体骑跨式，两侧行走机构吊装时锚固在两侧主缆上，抱箍机构需满足主缆直径要求，中间主桁架设计成模块化结构便于安装及改造，单台缆载吊机的额定吊重需满足大于700吨，采用两个连续千斤顶同步提升，行走机构设计为滚轮式结构，两侧分别采用一台200吨连续千斤顶同步牵引行走，吊机安装时采用自安装自拆卸装置完成，同时考虑不设置吊耳工况，设计特殊C型吊具以满足吊装需要。

吊机分别由主桁架、承重梁、行走机构、提升机构、牵引机构、抱箍及吊具组成，本体重量约350吨；其中吊具设计为横桥向整体结构，两端为可伸缩的C型勾头，中间为桁架结构，内部设置伸缩油缸，吊具总重量约为60吨。

针对以上问题，按照《起重机设计规范》（GB/T3811-2008）、《钢结构设计标准》（GB50017-2017）、《钢结构工程施工质量验收标准》（GBJ5025-2020）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82-2011）等设计规范，本文提出了一种适用于悬索桥超大重量加劲梁吊装的无吊点吊具及施工方法，实现加劲梁的快速吊装且保证了吊装的安全高效，主要解决如下技术问题：在超大超重加劲梁吊装工况下，不宜在加劲梁桥面板上设置临时吊耳的情况；吊具能够适应加劲梁结构尺寸变化；在当前加劲梁吊装完成后，进行下一加劲梁施工时吊具的过跨问题。[6-8]

3 加劲梁吊具设计

多塔连跨悬索桥的施工研究日益成为土木工程界研究热点问题之一，在横跨大江大河的大跨径悬索桥施工中，加劲梁安装一般使用缆载吊机吊装，缆载吊机骑跨在悬索桥的两根主缆之上，下方加劲梁通过船舶运输到吊装起吊位置，缆载吊机通过吊具与加劲梁连接固定，然后将其提升到安装高度与索夹永久吊索连接。

为解决以上不足设计了该种适用于悬索桥超大重量加劲梁吊装的无吊点吊具，包括主梁、C型结构梁、吊具调节机构、自动插拔销，两个C型结构梁设于主梁两端，主梁上方通过钢绞线与缆载吊机连接，主梁包括中间箱型梁和两端的端头箱型结构梁，吊具调节机构包括伸缩油缸、一端与伸缩油缸输出端连接的油缸拉杆，伸缩油缸固定在中间箱型梁内部，油缸拉杆另一端与C型结构梁连接，C型结构梁与端头箱型结构梁采用套筒结构连接且通过自动插拔销定位打开和缩回两个位置。可以有效实现加劲梁在施工工程中吊装转运，吊装简单方便、安全可靠。

图1  吊具打开状态主视图

为使吊具的设计目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对实施方式做进一步详细描述。为解决上述问题，C型结构梁包括相互连接的C型吊钩和吊杆，吊杆端部开设连接孔与伸缩油缸的油缸拉杆连接，吊杆上开设两组平行间隔的第一销孔，端头箱型结构梁上开设第二销孔，C型结构梁通过第一销孔、第二销孔和自动插拔销的配合定位打开和缩回两个位置。

图2  吊具缩回状态主视图

端头箱型结构梁上设有用于与缆载吊机连接的承载梁结构，承载梁结构包括对称布置的牵引座，端头箱型结构梁与中间箱型梁之间设有吊装加强筋，端头箱型结构梁通过螺栓法兰形式与中间箱型梁连接，应用于悬索桥超大重量加劲梁吊装实施过程，可以对加劲梁进行自动化快速吊装安装。

图3  吊具缩回状态俯视图

C型结构梁包括相互连接的C型吊钩和吊杆，吊杆端部开设连接孔与伸缩油缸的油缸拉杆连接，吊杆上开设两组平行间隔的第一销孔，端头箱型结构梁上开设第二销孔，C型结构梁通过第一销孔、第二销孔和自动插拔销的配合定位打开和缩回两个位置。端头箱型结构梁上设有用于与缆载吊机连接的承载梁结构，承载梁结构包括对称布置的牵引座。端头箱型结构梁与中间箱型梁之间设有吊装加强筋。端头箱型结构梁通过螺栓法兰形式与中间箱型梁连接。

4 加劲梁吊具施工方法

使用本吊具吊装加劲梁的具体施工步骤如图所示，吊具打开到最大状态，并下放到加劲梁上方。根据所要吊装的加劲梁尺寸使用伸缩油缸、油缸拉杆调节C型吊钩，根据加劲梁尺寸调节可调节油缸拉杆长度，使其上固定的C型吊钩吊具打开到最大状态，并下放到加劲梁上方。

        图4  吊具打开到最大状态示意图                图5  吊具回缩勾住加劲梁示意图

吊具回缩通过C型吊钩钩住加劲梁，吊机同步提升加劲梁。可调节伸缩油缸，从而调整油缸拉杆长度，使C型吊钩回缩钩住加劲梁，吊机同步提升牵引座，将C型吊钩与加劲梁相互连接，连接完成后通过调节牵引座的牵引缆绳长度来调节C型吊钩与加劲梁吊点位置，使加劲梁重心与C型吊钩在同一竖向位置。

缆载吊机提升加劲梁到安装高度，挂吊索后逐步卸载，完成受力体系转换。各吊点连接完成后，桁车缓慢起钩，通过调节牵引座的牵引缆绳长度提升C型吊钩从而提升加劲梁进行吊装运输作业。

图6  缆载吊机提升加劲梁到安装高度，挂吊索后逐步卸载，完成受力体系转换示意图

吊具打开到最大状态，吊机起升机构提起吊具。缆载吊机通过C型吊钩提升加劲梁到安装高度，挂吊索后逐步卸载，完成受力体系转换；调节伸缩油缸，从而调整油缸拉杆长度，使C型吊钩打开到最大状态，调节牵引座的牵引缆绳长度来调节吊机起升机构提起吊具。

吊具回缩到最小状态，缆载吊机向前行走过跨。调节伸缩油缸，从而调整油缸拉杆长度，吊具回缩到最小状态，缆载吊机向前行走过跨。

吊具上方通过钢绞线与缆载吊机连接，下方通过C型结构梁与加劲梁连接。C型结构梁C型吊钩、吊杆；吊杆上设有平行间隔的两组第一销孔，吊杆一端开设连接孔与吊具调节机构的油缸拉杆连接，两组第一销孔与端头箱型结构梁上的第二销孔通过自动插拔销固定。主梁包括两个端头箱型结构梁和中间箱型梁，端头箱型结构梁通过螺栓法兰形式与中间箱型梁连接；中间箱型梁设计成空间桁架结构减轻了吊具的自重，端头箱型结构梁与C型结构梁的吊杆通过套筒方式连接。吊具调节机构包括伸缩油缸和油缸拉杆，伸缩油缸固定于中间箱型梁上，伸缩油缸输出端与油缸拉杆一端连接，油缸拉杆另一端与C型结构梁的吊杆一端的连接孔连接，端头箱型结构梁上设有承载梁结构用于通过钢绞线连接缆载吊机，承载梁结构包括牵引座、吊装加强筋，端头箱型结构梁与C型结构梁通过第二销孔和自动插拔销装配方式连接，牵引座通过钢绞线与缆载吊机连接。

本吊具设计为横桥向整体结构，上方通过锚头、钢绞线与缆载吊机提升千斤顶连接，吊具两端为可伸缩的C型勾头，中间为桁架结构加箱型梁结构，内部设置伸缩油缸，两侧箱型梁设置定位销孔，并配置自动插拔销机构；吊梁时先根据加劲梁结构与自重计算吊具提升点，然后根据加劲梁的宽度，对吊具进行长度调节，使用C型勾头两边同时勾住梁体，固定吊具后进行加劲梁整体同步提升，提升到安装高度就位后，回缩吊具，缆载吊机带着吊具行走到下一个工位进行吊梁。

同原有技术对比，原有技术对于超大超重加劲梁结构，需要设置多个临时吊耳，吊耳焊接在加劲梁桥面板上，连接位置需要做集中加固，焊接方法有可能对桥面板局部应力产生影响；在加劲梁安装完毕后，临时吊耳需要切除，有可能损伤桥面板；临时吊耳进行吊具连接、卸载，吊耳焊接与切割均需要人工完成，费时费力。针对以上加劲梁吊装施工设计一种新型的吊具结构来满足吊装需求，可以有效实现加劲梁在施工工程中吊装转运，吊装简单方便、安全可靠，提升安装质量和工效、减少安装时间。

5 结论

针对在超大超重加劲梁吊装工况下，不宜在加劲梁桥面板上设置临时吊耳的情况；吊具能够适应加劲梁结构尺寸变化；在当前加劲梁吊装完成后，进行下一加劲梁施工时吊具的过跨等问题，开展适用于悬索桥超大重量加劲梁吊装的无吊点吊具的设计及施工方法方案设计。

通过这种可调节的缆载吊机横向吊具及施工方法设计，取消了传统加劲梁施工中设置的临时吊耳，减少了对桥面板的焊接及切割打磨损伤，同时减少了安装工序，节约了人工及材料成本；将吊具设计成C型结构，使吊具提升时的着力点设置在加劲梁的主桁架结构上，取代了传统的设置在桥面板上，受力结构更安全合理，有效避免了在吊点位置加筋补强；吊具在使用过程中，通过油缸的伸缩调节，可以使吊具两端C型勾头直接挂在加劲梁上，无需人工参与，避免了传统施工中需要多人进行吊具连接工序；吊具在加劲梁的整个吊装过程中，均可以通过远程控制作业，无需人员在加劲梁上下作业，提高了施工效率，减少了施工人员作业风险，为其他项目提供了参考。同时在加劲梁吊具的轻便化、智能化等方面仍需开展进一步的研究，为超大超重加劲梁吊装工况提供更加安全可靠的施工设备。

参考文献

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