海南洋浦大橋橋面吊機設(shè)計技術(shù)研究

賈定強，賀恩明，夏宇

（重慶建工城建集團，重慶 401122）

1 工程概況

海南洋浦大橋位于我國海南島西北角洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，橫跨白馬井海峽，主橋為主跨460m雙塔雙索面混合式結(jié)合梁斜拉橋，兩側(cè)邊跨58.5+63+58.5m為混凝土邊主梁，其中中跨440m為工字型鋼梁；引橋為整幅橋展翅箱梁。

大橋兩側(cè)混凝土邊主梁190m均劃分為0-6#共7個節(jié)段，中跨440工字型鋼梁共劃分Z0-Z19共37個節(jié)段，邊主梁和鋼混結(jié)合段（Z0鋼梁）在托架上施工，Z1-Z19則采用橋面吊機進行吊裝施工。其中Z1鋼梁長8m，Z2-Z18鋼梁均長12m，跨中合攏段Z19鋼梁長4m，Z2節(jié)段最重，達146t。工字梁上設(shè)置預制板，安裝后澆筑濕接縫形成鋼混結(jié)合梁，其預制混凝土橋面板厚27cm，長14m，寬3.4m，重約35.36t，一個12m標準節(jié)段工字鋼結(jié)合梁共需6片預制混凝土橋面板。

2 工程特點

（1）該橋是跨海灣特大橋，受臺風及季風影響較大，主梁節(jié)段安裝施工存在安全風險。

（2）洋浦海灣海上交通繁忙，嚴禁高空墜物，并且盡量少占航道。

（3）大橋建設(shè)工期緊，需采取有效措施，達到在保證安全和質(zhì)量的前提下加快施工進度的目的。

（4）該工程為施工單位的遠征工程，人、材、機均為長距離運輸。

3 橋面吊機的選型

工字鋼梁的節(jié)段安裝，可采用的施工方法有浮吊、橋面上吊裝。由于海南洋浦大橋是跨洋浦海灣的特大橋，若采用浮吊，將大面積占用航道，對繁忙的海上交通帶來較大的影響，同時租賃大噸位的浮船吊機，租金也較昂貴，因而選擇橋面上安裝吊機方案。而橋面上安裝橋面吊機，又有成型吊機和自制吊裝設(shè)備兩種方案。若采用成型吊機，因工字型鋼主梁的兩主梁距離相距較大，需在內(nèi)外海各設(shè)置一臺吊機實施對抬，以減小鋼主梁的撓度變形，整個大橋共需4臺成型吊機，設(shè)備成本亦較高，若采用旋轉(zhuǎn)吊機對主梁懸拼安裝，則工期長，對橋下海域通航影響較大，因而采用自制橋面吊機方案，對12m長工字鋼梁整節(jié)段吊裝，既保證了工字鋼梁拼裝質(zhì)量和施工安全，還減小對海上航道影響，縮短了工期，同時節(jié)約了施工成本。

4 橋面吊機需解決的問題

（1）因鋼主梁的連接是高強螺栓群錨，每節(jié)段連接螺栓多達約1340個，同時為方便節(jié)段的拼裝，將拼裝板安裝在節(jié)段前端。這樣一來，對節(jié)段的對位要求特別高，需要橋面吊機具有高程、平面縱、橫向及入梁角度微調(diào)能力，以解決工字鋼梁對位問題。

（2）該大橋受臺風及季風影響，風載作用下的整體穩(wěn)定性需有足夠的安全保證，需解決橋面吊機傾覆、側(cè)翻失穩(wěn)的問題。

（3）鋼主梁安裝完成后，還需安裝預制橋面板，橋面板較重，且通過海上駁船運至橋下，需解決長懸臂吊裝橋面板的問題。

（4）由于調(diào)整了原設(shè)計架設(shè)順序，由一個節(jié)段為周期調(diào)整為兩個節(jié)段為一個周期（經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)控認可），橋面吊機在使用的一個周期內(nèi)，存在一節(jié)段橋面板未澆筑濕接縫和預應(yīng)力未張拉的情況，需解決橋面吊機過預制橋面板問題。

（5）由于橋面板上有多束縱向預應(yīng)力束，最小間距為60cm，需解決支承位置與預應(yīng)力管道或預應(yīng)力連接器的位置沖突。

5 橋面吊機的設(shè)計情況

橋面吊機包括橋架主體結(jié)構(gòu)、行走系統(tǒng)、前起吊系統(tǒng)、中支撐系統(tǒng)、后錨固系統(tǒng)、配重系統(tǒng)、安全系統(tǒng)以及天車系統(tǒng)（主要用于橋面板的吊裝）等部分。

主體結(jié)構(gòu)采用標準貝雷梁組裝（組拼方便），設(shè)兩條縱梁，兩縱梁中心距22.51m，長約42m，高3m，每條縱梁橫向布置6個貝雷片，主縱梁前后端設(shè)置型鋼橫聯(lián)，以增強吊機的整體穩(wěn)定性。主體行走采用輪箱平車（共四個平車）和千斤頂牽拉。對于中支撐，為防止輪箱受力過大而爆胎，影響吊裝施工，故設(shè)置型鋼支撐，底部采取設(shè)置型鋼作墊墩，留出預應(yīng)力空間，型鋼墊墩底面與鋼主梁采取焊接，上方與鋼板組焊的支墩采取多螺栓連接，承擔鋼梁吊裝時的豎向荷載，并將荷載傳至已安裝好的鋼梁上，保證其有足夠的穩(wěn)定性。為保證橋面吊機能安全在未澆筑濕接縫的節(jié)段上通過，采取在軌道下加裝型鋼分配梁，跨越橋面板，支撐在鋼主梁的橫梁上。

工字鋼結(jié)合梁的起吊，共設(shè)4個吊點，采用設(shè)置在橋面吊機后端的4臺10t卷揚機作為起吊動力，用卷場機+鋼絲繩+滑車作提升，用卷揚機的點剎實現(xiàn)梁體的高程調(diào)整；同時在前端起吊位置的橫梁下設(shè)置型鋼拖子，用千斤頂牽引實現(xiàn)梁體的縱向移位；并在橫梁頂面上設(shè)置雙向頂推反力架，用2臺絲頂頂推吊具，實現(xiàn)梁體的橫向移位。工字鋼結(jié)合梁上設(shè)置吊耳，與滑車組通過銷子連接。

橋面吊機天車系統(tǒng)主要用于預制混凝土橋面板的吊裝安裝，天車桁架仍采用貝雷片組拼，天車的行走采用自帶動力的輪箱行走，在主桁架頂面分配梁的軌道上實現(xiàn)縱向移動，下設(shè)電動葫蘆，作為橋面板橋起吊動力，并可橫向移動，以便預制橋面板安裝。

橋面吊機吊裝工字鋼結(jié)合梁和橋面板時，為防止橋面吊機傾覆失穩(wěn)，影響吊裝施工，故設(shè)置后錨和在橋面吊機后端設(shè)置配重，同時還在橋面吊機尾部設(shè)施工安全繩。反錨力通過吊桿傳給已安裝好的工字鋼結(jié)合梁上。配重的設(shè)置，確保橋面吊機行走時抗傾覆系數(shù)大于1.5。

另外，在橋面吊機貝雷梁主桁前端距索孔1.5m處設(shè)置旋轉(zhuǎn)三角架，用以解決斜拉索索頭安裝，在橋面吊機行走時收折三角架，防止其碰撞已安裝好的斜拉索，在需安裝斜拉索時展開三角架安裝斜拉索索頭。

橋面吊機的設(shè)計構(gòu)造見圖1～圖4。

圖1 吊梁立面布置示意圖

圖2 吊梁斷面布置示意圖

圖3 吊板立面布置示意圖

圖4 吊板斷面布置示意圖

6 橋面吊機模型計算情況

6.1 計算假定及計算模型

橋面吊機的受力計算采用有限元計算軟件MIDAS按空間結(jié)構(gòu)1:1建模進行計算，其基本假定如下:

①機體部分由計算軟件自動計入自重，自重系數(shù)取1.05。

②吊機其他部分，按分布形式，以集中荷載或均布荷載方式加入。

③其他部分與機體之間采用彈性連接或剛性連接。

④貝雷片為梁單元結(jié)構(gòu)，支撐架為桁架單元，其他部分為梁單元。

⑤支承的邊界條件無轉(zhuǎn)動自由度

MIDAS建模計算模型如圖5。

6.2 計算工況

橋面吊機受力分析考慮了以下幾種控制工況:

①橋面吊機行走。

②橋面吊機吊裝工字鋼結(jié)合梁。

③橋面吊機吊裝預制混凝土橋面板。

④橋面吊機安裝預制混凝土橋面板（考慮橋面吊機偏心受力）。

6.3 荷載組合與計算結(jié)果

為保證橋吊機的使用安全，在計算時，荷載組合按恒載×1.2+活載×1.4，其計算結(jié)果如表1。

經(jīng)計算，橋面吊機在各工況下，主要受力部位應(yīng)力、變形均滿足規(guī)范要求。

6.4 抗風計算及抗風措施

按設(shè)計給出風況，橋位施工區(qū)域受季風影響，冬半年多ENE和NE風，夏半年多SW及SSW風，常風向ENE，次常風向NE，頻率風別為22.3%、18.1%。強風向SW，熱帶風暴和臺風平均影響3～4次。實測最大風速:32.3m/s，10年一遇設(shè)計風速:37.6m/s。

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）4.3.7計算橋面吊機所受風荷載:

根據(jù)現(xiàn)場情況及計算風力大小，橋面吊機在遭遇大風暴雨等不良天氣狀況時，停止橋面吊機所有操作，并做好橋面吊機抗風措施:

（1）行走輪箱采用木楔楔死，行走鋼絞線索死行走輪箱。（2）安裝中支撐、后錨、安全繩及前端臨時支撐。（3）天車行走至中支撐處，采用5t鏈條葫蘆鎖死。

圖5 MIDAS建模計算模型圖

表1 計算結(jié)果

（4）在中支撐、后錨、及前端臨時支撐處，采用6個10t鏈條葫蘆將主桁貝雷梁與鋼梁連接，抵抗大風影響。

7 結(jié)語

目前，該橋面吊機已成功起吊安裝工字鋼結(jié)合梁及預制橋面板。實踐證明，橋面吊機采用貝雷梁作為橋面吊機受力主體結(jié)構(gòu)，通過對結(jié)構(gòu)細部進行優(yōu)化設(shè)計，能實現(xiàn)大噸位節(jié)段的整體吊裝和精確定位。貝雷梁拆裝方便，可周轉(zhuǎn)使用，在保證安全和鋼梁安裝質(zhì)量的前提下，加快了施工進度，贏得了大橋建設(shè)各方的一致好評，給施工單位帶來了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]中交公路規(guī)劃設(shè)計院.JTGD60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2004.

[2]中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2011.

[3]中華人民共和國建設(shè)部.GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國標準出版社，2004.

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[5]陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京:科學出版社，2005.

[6]中交二航局第二工程有限公司.橋面吊機在混合梁斜拉橋起始段鋼箱梁吊裝中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].公路交通技術(shù)，2012（3）.