瀘州長江六橋500噸橋面吊機設計探析

陳鳳

（武橋重工集團股份有限公司，湖北武漢 430056）

1. 工程簡介

瀘州長江六橋主采用三塔雙索面斜拉結構形式，主橋跨布置為55+60+425+425+60+55=1120m三塔（高、低）斜拉橋，箱梁高4m。在兩側邊跨與 MP4橋塔處混凝土梁段之間為鋼箱，長度為391m，兩側對稱布置，鋼結構段長度共計782m。橋面主結構采用混凝土箱梁和鋼箱梁2種結構形式，采用半漂浮結構體系。

橋型立面如圖1所示。

圖1 瀘州長江六橋橋型圖

全橋鋼箱梁為流線型扁平造型。根據錨箱位置不同分別采用分離式雙箱的截面形式和單箱多室的截面形式，主梁中心線處的內輪廓高為3.97m，主梁全寬為49.0m，鋼箱梁頂面設2%的雙向橫坡，底面水平。

鋼梁橫斷面結構如圖2所示。

圖2 主橋鋼箱梁斷面圖（單位：mm）

瀘州長江六橋主橋兩側主跨為對稱結構形式。全橋鋼箱梁共分為9種類型，共計70個節段。其中最重節段重量約423t。

2. 施工工況及重難點

因兩側主跨為對稱結構形式，以MP4～MP5墩主跨為例，梁段順序依次為：MP4墩0號塊混凝土段→鋼混結合段→過渡段→標準段（30個）→合龍段→過渡段→鋼混結合段→ MP5墩0號塊混凝土段。

鋼梁安裝流程為：在兩側主塔0號塊上對稱安裝橋面吊機，由運梁船水運鋼梁至橋面機正下方，橋面吊機從船上取梁，垂直提升，兩側雙懸臂平衡施工法逐段吊裝至跨中合龍[1]。

施工重難點：本橋因主墩0號塊均為鋼筋混凝土結構，采用支架現澆法施工。為保證鋼混結合段同混凝土段之間的連接施工，需提前在鋼混結合段下放設置支架。主墩位置支架如圖3所示。

圖3 主墩位置支架示意圖

鋼混結合段起吊后，需水平放置在支架上。因下方鋼圍堰及鋼混段支架對鋼梁起吊的影響，鋼混結合段初始起吊時，需越過支架及鋼圍堰起吊，鋼混結合段就位時，需要進行大范圍變幅至站位點很近的位置以放置梁段，對橋面吊機的設計，提出了較高的難度。

3. 橋面吊機總體方案

瀘州長江六橋因鋼混結合段影響，需同時滿足最大幅度13.5m，最小幅度4.2m的吊裝要求。

鋼箱梁斜拉橋的吊裝，傳統的橋面吊設備，主要分為變幅式和菱形架式（固定式）橋面吊機2種。變幅式橋面吊機，主要通過吊臂角度變化實現鋼梁的縱向移動，但因變幅式存在最大角度限制（常規約80°），如須滿足本橋最大吊裝幅度則需要吊臂較長，最大角度時無法滿足最小吊裝幅度要求，反之亦然。菱形架式橋面吊機，采用液壓或卷揚機提升，吊裝幅度9m～12m，通過針對性設計可滿足最大吊裝幅度要求，但因結構特性，變幅范圍一般不超過3m，無法滿足本橋最小吊裝幅度要求。

因瀘州市位于長江上游，無法通航大型浮吊，鋼混結合段的吊裝，必須采用橋面吊機施工。為解決鋼混結合段吊裝，兼顧過渡段及后續標準段吊裝，通過相關施工經驗及充分分析論證，創新性采用分體式菱形架設計，同時創新了鋼絲繩纏繞方式，有效解決了同時滿足最大及最小幅度的吊裝工況。

4. 橋面吊機主要技術參數

額定起吊能力：500t（吊具以下載荷）；

起升高度：橋面下50m，橋面上1m；

變幅范圍：4.2m～13.5m（距離前支點）；

橫移范圍：±100mm；

起升速度：0m/min～1m/min；（重載）

0m/min～2m/min；（空載）

吊點縱、橫移速度：0m/min～0.5m/min；

最大單件重量：≤8t；

走行方式：液壓步履式自動走行。

5. 橋面吊機主要結構

橋面吊機在橋面的站位如圖4所示。

圖4 橋面吊機結構形式及站位

橋面吊機前支點站位于已安鋼梁橫隔板處，后錨點距離前支點14m～16m可變，滿足不同非標梁段及鋼混結合段的吊裝。

500t橋面吊機主要由：機架結構、吊點平移機構、吊具總成、錨固機構、走行機構、卷揚機系統、梯子平臺、電氣系統，液壓系統等組成。橋面吊機形式如圖5所示。

圖5 500t橋面吊機結構形式

機架金屬結構主要為箱型、工形桿件焊接而成的桁架結構，以安裝各起升設備并承載所有結構載荷。底盤為箱型和工形桿件組成的桁架結構。主要由前橫梁、后橫梁、2根主縱梁及平面聯接系組成。2根主縱梁之間的間距為3.6m。底盤為上部結構提供支承。

機架拼裝后最大外形尺寸：19m×7.8m×12m（長×寬×高）。主要由底盤、立柱、后拉桿、上部縱梁、撐桿、系桿等組成。主要桿件鋼板焊接成的箱型結構，通過法蘭及螺栓連接。拉桿及撐桿為釋放相應方向應力，采用銷軸連接。

橋面吊機的走行，依靠走行油缸的伸縮，使支撐滑靴在軌道上滑動實現整機移動，油缸同機架采用鉸接，活塞桿頭部同安裝在軌道梁上滑動支座鉸接，整機在軌道梁上一次最大滑行距離為1m。每向前滑移1m進行一次換位，從而實現橋面吊機的步履式走行。

吊點平移機構由縱移梁、橫移裝置、縱橫移油缸等組成。油缸推動相應結構水平移動，從而使鋼箱梁節段縱向、橫向移動。縱向可調距離為4.5m～13m，橫向可調距離為±100mm，如圖6所示。

圖6 吊點縱橫移機構示意圖

吊具由動滑輪組、主梁、扁擔梁、滑移支座、十字鉸座、吊索等組成。動滑輪組同滑移支座通過銷軸連接，吊具主梁穿過滑移支座內部，通過吊具調整油缸實現主梁同滑移支座相對位置的調整達到吊點調整的目的。扁擔梁兩端設有吊耳，主梁上設有泵站，其電源及控制信號由主機提供。

本機在設計時充分考慮到500t橋面吊機的特殊性，采用變頻器、和可編程控制器（PLC）及一系列低壓電器，具備較高的安全性、可靠性及完備的防止誤操作功能，能夠滿足橋面吊機大范圍平穩調速的要求[2]。

本機液壓系統為開式系統，即液壓泵從油箱吸出液壓油后，輸出到各執行機構，各執行機構的回油直接返回油箱，其構成簡單，散熱和濾油條件好。本機液壓系統分為機架液壓系統和吊具調平液壓系統兩部分。2套系統相互獨立，自成體系，主要是為適應各部分之間相隔比較遠的工作特點[3]。

6. 主結構設計計算

根據橋面吊機主結構特點及尺寸，對其在不同吊裝工況下的受力及結構變形進行了計算分析。結構計算過程中的主要載荷包括：（1）結構自重載荷；（2）結構自身因橋梁坡度產生的縱傾及橫傾載荷；（3）風載荷；（4）吊重物載荷；（5）地震載荷[4]。

橋面吊機結構計算考慮了吊重試驗工況及實際施工過程過程中的各種載荷組合，共計14種工況。

主要工況包括：

工況1：1.25倍額定載荷靜載試驗；

工況2：無風額定載荷工況；

工況3：無風狀態，橋面吊機橫傾疊加縱傾起吊額定載荷工況；

工況4：背風狀態，橋面吊機橫傾疊加縱傾起吊額定載荷工況；

工況5～工況14：側風狀態，橋面吊機橫傾疊加縱傾起吊額定載荷工況。工況5～14為在13.5m～4.5m變幅范圍中每隔1m或0.5m分別作為一種工況。

經過不同工況下的計算對橋面吊機各部位進行計算分析得到橋面吊機的綜合應力及綜合變形。通過計算表明，橋面吊機在各工況下的極限應力結構的綜合變形均滿足規范要求[5]。吊機的結構強度、剛度均滿足現場的安全吊裝需求。

7. 橋面吊機設計特點

（1）采用分體式設計有效滿足了較寬橋面吊裝的穩定性需求。主桁架間距3.6m，為當前標準鋼箱梁U肋間距0.6m的6整數倍，當可有效適用于當前國內主流鋼箱梁的吊裝。

（2）通過改變創新性改變鋼絲繩在滑輪組的纏繞方式有效解決了吊點縱移滑輪兩側鋼絲繩的受力均衡，為吊點步進式大范圍縱移變幅，創造了可行性。

8. 結語

通過瀘州長江六橋橋面吊機的設計分析，用較低的成本解決了鋼混結合段采用橋面吊機吊裝的難題。經過現場實際施工也證明了該橋面吊機設計的優越性。

隨著國內基建事業的發展，大量跨越大江、大河的斜拉橋不斷出現。瀘州長江六橋500t橋面吊機通用于當前主流的鋼箱梁斜拉橋吊裝，對于該架橋機應用與其他橋梁也通過采用模塊化、標準化設計方式減少了相關的改造需求，為鋼箱梁斜拉橋的吊裝提供了借鑒及解決思路。