大跨度鋼橋托架吊具設計及應用

李春元，國春風

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

0 引言

近幾年來，隨著我國港口工程向深水化、外海化、大型化發展，國內各地已建成的碼頭中超過100m跨度鋼橋有5座以上，均采用吊架工藝利用大型起重船整體吊裝工藝，吊架重均在100 t左右，這就增加了對起重船起重能力的要求。

本文結合大連福佳大化碼頭鋼橋設計指標和現有船機性能情況，研究更輕便、更易滿足船機吊高等性能要求的托架吊裝工藝。通過吊裝工藝的優化，保證了安全、質量、工期要求，降低了施工成本。

1 工程概況

大連福佳大化8萬噸碼頭在引橋灌注樁承臺、引橋墩和平臺墩之間共安裝2跨拱桁式鋼橋，鋼橋全長101.2 m，計算跨徑100 m，橋寬9.7 m，軸線矢高13.9 m，每跨鋼橋總重450 t，鋼橋結構簡圖見圖1。鋼橋在工廠內加工成10～20 m長部件，運至現場護岸前沿拼裝，再平移至起重船允許跨距范圍內，吊運至施工現場進行安裝。

圖1 鋼橋立面圖Fig.1 Elevation of steelbridge

2 吊具設計思路

結合實際工況和起重船性能，吊具設計需滿足以下3項關鍵指標：安裝時總吊高滿足現有船機最大吊高；吊安時鋼橋各桿件及節點滿足強度和剛度要求；吊具的安拆滿足方便性和經濟性。

2.1 現有船機性能指標及吊高要求

工程所在地區最大起重船“煙救2號”，起重量700 t，弦外吊距26.2m，吊高45m[1]。

鋼橋安裝底標高+10.0 m，軸線矢高13.9 m，施工水位±0.0m，安裝富裕高度按1.0m考慮。

鋼橋長101.2 m，吊索長按30 m考慮，吊索與橋面夾角按最小45°計，起重船鉤頭距離吊具受力面高度為30×0.707=21.3m。

綜上所述，21.3+10+13.9+1=47.2m＞45m，由此可知，起重船吊高不滿足要求。解決該問題有2個途徑，一個是調遣吊高更高的起重船，另一個是吊具吊點安置于鋼橋底部（減少13.9m）。

2.2 采用托架吊具吊裝時各桿件及節點受力核算

為滿足現有船機作業能力，且不改變上弦桿原結構設計，考慮將吊點位置布設在縱梁底部，即托架吊具，托架吊具型式見圖2。

圖2 托架吊具示意圖Fig.2 Sketch of bracketsling

采用有限元模型計算[2]，鋼橋重取450 t，安全系數取1.5，重力加速度取10 m/s2，起吊構件時吊具8點受力，吊具重取7.6 t，選用鋼材Q345B，起吊狀態見圖1。

靜態分析最大應力171.19 MPa，最大綜合位移0.456 mm，屈曲變形系數最大為24.45，其結構的強度、剛度和穩定性滿足要求（只需在鋼橋上增加4道32工字鋼臨時加強桿即可滿足鋼橋下縱梁吊裝時的內力要求）。

2.3 托架吊具的優越性

1）安拆方便：托架吊具重僅7.6 t，利用25 t汽車吊即可進行安裝，拆卸時采用50 t方駁吊機即可完成。

2）避免高空作業：托架吊具安置于下縱梁底部，鋼橋起吊前和安裝后，均屬于“路面作業”，規避了高空作業的危險性和措施費。

3） 節省鋼材：傳統吊架吊具經試算最少需95 t鋼材，而托架吊具僅需7.6 t鋼材，大大降低了工程成本。

3 工程實施

3.1 托架制作

托架由空間方向不同的板材和一根軸焊接而成，鋼材采用Q345B，單個托架鋼材1.9 t，按照設計圖紙在場內加工成型。

3.2 托架安裝

鋼橋加工成型后平移至胸墻前沿，采用陸上25 t汽車吊將托架安裝到鋼橋底，見圖3。

圖3 托架安裝照片Fig.3 Photosofbracketmounting

3.3 托架焊擋

由于托架與橋梁之間存在水平力N（N=2T×cos66°× cos 16°=48 t），為防止托架在鋼橋安裝過程中水平滑移，在鋼橋的下橫梁底部需用3 cm鋼板焊擋。

3.4 鋼橋起吊

700 t起重船由拖輪拖拽至護岸前沿水域，垂直于胸墻前沿線方向駐位，船舷位于護岸軸線外側19.0m，起重船鉤頭正對引橋跨中起吊。

3.5 鋼橋安裝

在4個橋支座墩上測量施放安裝邊線，起重船吊鋼橋垂直于安裝軸線方向駐位。通過調整船舶前后錨纜位置使鋼橋就位后，起重船開始落鉤，在距支座頂面50 cm左右時停止，將事先準備好的木方支墊在鋼橋和混凝土墻之間，起重船繼續落鉤，通過手扳葫蘆精確調節橋端部位置，將鋼橋4個支座下鋼板的中心與球形支座的上鋼板中心對齊。平穩安裝就位后，將梁底下鋼板與支座上鋼板焊接牢固[3]，鋼橋安裝過程詳見圖4。

圖4 鋼橋安裝過程圖示Fig.4 The installation processof steelbridge

4 工藝總結

經實踐檢驗，采用托架吊具安裝大跨度鋼橋具有如下特點：

1）無需進行局部加強處理，不改變原結構設計；2）制作簡單，耗費鋼材量少，托架比吊架節省鋼材87.4 t；3） 結構輕巧，減少了因吊具給起重船增加的額外吊重；4）體積小，安裝、拆除、運輸方便；5）吊點位置設于橋底部而不是頂部，解決了起重船吊高限制問題。

5 結語

大跨度鋼橋采用托架吊裝工藝安裝取得了成功，是近年來我國沿海港口施工中海上吊裝工藝的一次新嘗試，在工藝安全、施工操作、降低成本、保證進度等方面，具有較大的社會效益和經濟效益，可為類似工程施工提供借鑒。

[1] 船機性能手冊[K].天津：中交第一航務工程局有限公司，2007.Marineengine performancemanual[K].Tianjin:CCCCFirstHarbor EngineeringCo.,Ltd.,2007.

[2]王新敏.ANSYS工程結構數值分析 [M].北京：人民交通出版社，2007.WANGXin-min.Numerical analysisof ANSYSengineering structure[M].Beijing:ChinaCommunicationsPress,2007.

[3] 福佳8萬噸碼頭施工組織設計[R].大連：中交第一航務工程局第三工程有限公司，2008.Construction organization design for Fujia 80 000-ton Wharf[R].Dalian:No.3 Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirst Harbor Engineering Co.,Ltd.,2008.