大型制梁場高墩區提梁龍門吊改造與應用技術研究

姚軍軍

(中鐵十二局集團第一工程有限公司 陜西西安 710038)

1 工程概況

北京至雄安城際鐵路一標自李營站至新機場，大興制梁場位于大興區魏善莊境內，正線里程DK26＋700～DK27＋300右側，中心里程DK27＋000。該段落城市路網交錯復雜，橋梁均設置為高墩。大興梁場處墩高為22 m，箱梁高度為2.635 m，考慮提梁過程安全等因素，龍門吊應提梁38 m高度才能滿足要求。

2 可調超高支腿提梁龍門吊設計及改造

目前，國內提梁龍門吊凈高30 m，跨度36 m，支腿為雙剛性支腿，滿足最大墩高僅為13.6 m[1-2]，不能滿足高度要求，若采用上橋坡道等方法無法按期完工。

針對梁場區墩高與既有提梁龍門吊不匹配的情況，需要對既有提梁龍門吊重新設計、改造以適應施工需要。由于提梁龍門吊跨度大、起重高，為避免提梁龍門吊大車走行時對軌道產生較大的橫向推力[3-4]，可調超高支腿提梁龍門吊支腿采用一剛一柔結構[5-7]。

MG450 t可調超高支腿提梁龍門吊結構由主梁、剛性與柔性支腿、端橫梁、起重小車、控制系統等組成[8-9]，如圖1所示。主梁為雙箱梁結構，通過改造主梁端頭(主梁端節Ⅰ和主梁端節Ⅱ)來提升整機高度，小車機構在主梁軌道上運行，剛性支腿采用“倒Y”型設計，剛性支腿又可拆解成高10 m的等截面段，柔性支腿采用三角形。剛性與柔性支腿分節截面均處于同一高度，通過更換一定長度剛性支腿等截面節高度、柔支腿增減節、柔支腿下橫梁中節降低高度作為低提梁龍門吊使用。

按照大車行走機構、柔性支腿、剛性支腿、主梁及附屬件的順序組裝，大興梁場范圍內10榀箱梁可由高墩提梁龍門吊架設，后與架橋機配合在兩側線路架梁，利用此提梁龍門吊也可協助架橋機掉頭與拆解。MG450 t龍門吊最大安裝高度48.1 m，主梁長度為37.8 m，起重機跨距為35.01 m，整機重量445 t。提梁龍門吊總體設計參數見表1。

表1 提梁龍門吊設計參數

3 提梁龍門吊受力性能分析

3.1 整體模型

根據可調超高支腿提梁龍門吊設計建立其在高墩區MIDAS有限元計算模型，提梁龍門吊剛性支腿和柔性支腿底部施加固定約束[10]，剛性支腿、柔性支腿與主梁連接處采用剛性連接，主梁、柔性支腿與剛性支腿、上下橫梁等構件均采用梁單元。工程中使用兩個相同的可調超高支腿提梁龍門吊協作完成，建模時簡化為單個提梁龍門吊。模型節點總計63個，單元總計68個。鋼結構材料采用Q345C，屈服強度為345 MPa，主梁安全系數取1.48，容許應力為[σ]＝233 MPa；支腿安全系數取1.34，容許應力為[σ]＝257 MPa[11]。計算模型如圖2所示。

圖2 有限元計算模型

3.2 計算工況及荷載

本文選取以下三種不利工況進行提梁龍門吊結構受力分析。

工況一:提梁龍門吊主梁端節Ⅰ(靠近剛性支腿側)滿載時。

工況二:提梁龍門吊主梁中節滿載時。

工況三:提梁龍門吊主梁端節Ⅱ(靠近柔性支腿側)滿載時。

本文采用容許應力法進行計算，主梁、軌道和走臺自重共712 kN，箱梁、起重小車和吊具自重共為5 240 kN，最大工作風壓為250 N/m2，水平荷載為制動荷載與風荷載的合力，豎向荷載為主梁、軌道、走臺、箱梁、起重小車和吊具等結構總重。

3.3 結果分析

3.3.1 應力及變形分析

以工況一為例，可調超高支腿提梁龍門吊在工況一荷載組合下整體應力最大值為102.6 MPa，應力云圖如圖3所示。

由應力云圖可知，可調超高支腿提梁龍門吊主梁最大應力為45 MPa，剛性支腿最大應力為102.6 MPa，柔性支腿最大應力為78.95 MPa，可調超高支腿提梁龍門吊在工況一下最大應力出現在剛性支腿斜腿和下橫梁連接處。

可調超高支腿提梁龍門吊結構在工況一荷載組合下的變形最大值為22.6 mm，變形云圖如圖4所示。

圖3 龍門吊在工況一荷載組合下應力云圖

圖4 提梁龍門吊在工況一荷載組合下變形云圖

由圖4可知，主梁的最大變形為22.6 mm，剛性支腿最大變形為5.8 mm，柔性支腿最大變形為4.2 mm，在工況一下最大變形出現在主梁端節Ⅰ和主梁中節連接處。

其它工況下應力云圖及變形云圖因篇幅限制本文未給出，統計可調超高支腿提梁龍門吊在不同工況下的應力和變形情況見表2。

表2 提梁龍門吊應力及變形值統計

根據不同工況下計算得出的提梁龍門吊結構應力和變形值可知，主梁處最大應力為72.8 MPa＜[σ]＝233 MPa；剛性支腿最大應力值為102.6 MPa＜[σ]＝257 MPa；柔性支腿最大應力值為87.2 MPa＜[σ] ＝257 MPa，滿足設計要求。

依據相關規范可知，主梁的垂直剛度f與主梁跨度L的關系為f≤L/500。主梁的最大撓度值為f＝29.3 mm＜[f]＝L/500＝70 mm，主梁的剛度滿足規范要求；剛性支腿最大變形值為f＝5.8 mm＜[f]＝H/400＝90 mm；柔性支腿最大變形值f＝7.3 mm＜[f]＝90 mm，可調超高龍門吊結構整體剛度滿足設計要求[12]。

3.3.2 穩定性分析

由表2數據可知，工況一為剛性支腿最不利工況，由圖5a可知，剛性支腿最大軸力為5 361 kN，剛性支腿最不利截面參數:A＝71 360 mm2，回轉半徑i＝420.2，長細比λ＝90.3，查表得穩定系數φ＝0.496，σ＝F/Aφ＝151.5 MPa＜[σ]＝257 MPa，穩定性滿足要求。

由表2數據可知，工況三為柔性支腿最不利工況，由圖5b可知，柔性支腿最大軸力為2 494 kN，柔性支腿截面參數:A＝71 360 mm2，回轉半徑i＝420.2，長細比λ＝91.1，查表可知穩定系數φ＝0.49，σ＝F/Aφ＝71.3 MPa＜[σ] ＝257 MPa，穩定性滿足要求。

圖5 提梁龍門吊內力云圖

4 現場施工應用

4.1 龍門吊提梁、移梁、落梁(900 t箱梁)

(1)提梁龍門吊提梁

提梁龍門吊提升箱梁離開存梁臺座20 mm時，須懸停10 min。此時，應檢查結構是否穩定且提吊系統工作是否正常。提梁現場見圖6。

圖6 提梁龍門吊提梁現場

(2)提梁龍門吊移梁

兩臺提梁龍門吊聯動同步提升箱梁，在提升過程中，需保持箱梁提升高度一致，前后高差不超過1 cm。提梁龍門吊聯動同步走行大車，提移箱梁至支座錨栓套筒底部高過墩頂墊石500 mm后停止提升。兩臺提梁龍門吊的小車聯動同步橫移至待架墩頂正上方后停止橫移。

(3)提梁龍門吊落梁

落梁時，兩臺高墩龍門吊緩緩將24 m箱梁下放至距離墩臺墊石頂面20 cm處懸停，采用線錘對中箱梁支座中心線和墩臺墊石中心線來檢查并調整支座中心位移量。

待架箱梁落至距墩臺支承墊石頂面5 cm時，借助運架一體機起重小車微調箱梁，預留出箱梁伸縮縫，精準對位后，落至臨時千斤頂上。落梁現場見圖7。

圖7 落梁現場

(4)梁體就位

箱梁落至臨時支撐的測力千斤頂上，為防止待架箱梁傾覆失穩，此時不應拆除吊裝螺栓。

微調高程時，應仔細觀察千斤頂讀數，讀數穩定且沒有突變，單個支點反力值與四個支點反力的平均值相差不應超過±5%。

4.2 可調超高支腿提梁龍門吊提運架一體機架梁

(1)提梁龍門吊提升運架一體機

提前對運架一體機進行吊點改裝，使得運架一體機的吊耳能夠滿足龍門吊吊桿間距及提升要求。此時，待架箱梁已經提至箱梁頂面，固定牢固以防提升運架一體機時二者發生碰撞。將兩組龍門吊的吊桿穿過運架一體機的吊耳，施擰螺栓后應試提升，觀察是否錨固穩定(見圖8)。

圖8 提梁龍門吊提升運架一體機

(2)提梁龍門吊提升運架一體機前移

因考慮龍門架限高及凈空安全等因素，防止與周圍高壓線交叉接觸，京雄一標未選擇豎向提升運架一體機走行至箱梁上方后下落的方案，在實際施工中，龍門吊提升運架一體機橫向移至鐵路正線外側，龍門吊攜運架一體機順橋向行進至待架箱梁外側，此時，恰好一體機的導梁正位于待架箱梁的外側。

(3)橫移并下放運架一體機喂梁

高墩龍門吊提升運架一體機至橋面待架箱梁一側，橫向移動一體機直至待架箱梁正上方，調節吊桿長度，將一體機落至橋面。此時，箱梁正位于運架一體機導梁正下方，即在兩輪之間，此過程即為喂梁。

(4)運架一體機架設箱梁

完成喂梁后，將運架一體機吊具穿過待架箱梁吊孔，施擰螺栓且穩定后架設箱梁。

5 結束語

本文結合京雄城際鐵路北京大興制梁場施工實際情況，在普通低提梁龍門吊基礎上改造超高跨墩提梁龍門吊，超高支腿提梁龍門吊提升最大高度可達48.1 m，攻克了國內高鐵雙線箱梁高墩區提梁的技術難點，成功提升900 t箱梁和運架一體機，具有一定推廣價值。