1800t架梁起重機的結構與吊裝設計

余美娟 YU Mei-juan；呂基蕊 LV Ji-rui；江名金 JIANG Ming-jin；門晟明 MEN Sheng-ming

（①蘇交科集團股份有限公司，南京 210000；②保利長大工程有限公司，廣州 510000；③長沙理工大學，長沙 410000）

0 引言

滬通長江大橋位于江蘇段，是連接南通市（通州區）和蘇州市（張家港市），也作為滬通鐵路線的控制性工程，全長共11072米。主橋采用主跨1092米的鋼桁梁斜拉橋結構，是目前世界上跨徑最大的公鐵兩用斜拉橋，也是世界上首座超過千米跨度的公鐵兩用橋梁[1]。因施工條件和技術要求，由中鐵工業九橋公司為滬通長江大橋主橋量身定制了一臺“全球最大的空中造橋機”——1800噸專用架梁起重機，它是目前國內，乃至世界同類設備創起重噸位最大，技術難度最高、技術創新點最多的一種新型專用架梁設備。

1 架梁機的結構組成

1.1 組成系統

1800t桅桿式架梁起重機的結構系統由機架結構、頂升系統、行走系統、起升系統、吊點調整機構、錨固系統等6部分組成[2]；架梁起重機的示意圖與主要技術參數如圖1、表1所示。

表1 架梁起重機的主要參數

圖1 架梁起重機的示意圖

1.2 桿件計算

采用madis對架梁起重機的桿件應力進行計算，以吊重（1.1P）+自重+風載荷為控制荷載，經計算滿足要求，架梁機的主機架應力計算結果均滿足使用要求。

1.3 系統組成

桅桿式架梁起重機的主要組成分為6個系統。其機身自重為1033噸，額定起重量為1800噸，起吊幅度在13米至22.15米。1800噸架梁吊機穩定性好[3]，作業精度高，可以兩側整節段同時吊裝，大大縮短了現場施工作業時間，減少了航道交通管制的時間與次數，從而盡可能保證航道正常通行。

機架系統：由四個菱形桁片與橫向桿件組成，可防止中間桁片與中部斜拉索干涉。

頂升系統：由三個前支腿及四個后支腿組成。三個前支腿分別布置在鋼梁的三個上弦桿上方：一個中桁恒壓支腿及兩個邊桁支腿，中桁恒壓支腿配一臺2000t級恒壓油缸來控制中桁支反力，邊桁支腿為調節螺桿式剛性支腿。

行走系統：起重機整機為油缸頂推步履式走行，由液壓驅動，實現整機及軌道的前移和后退。整機走行系統共布置四根走行軌道，每根走行軌道上各布置一個前滑靴、一個后滑靴、一個軌道懸掛機構。油缸頂推換步能自動進行，不需人工插拔銷軸。

起升系統：由兩套邊桁起升系統及一套中桁起升系統組成，每套起升系統均由定滑輪組、動滑輪組、吊具、鋼絲繩組成。將三個吊點形成一個等腰三角形的形狀，吊裝時，只要保持鋼梁節段重心與三吊點三角形形心在同一條鉛垂線上，則三吊點受力會自動均衡。

吊點調整系統：由縱移大橫梁、縱移小橫梁組成。縱移大橫梁落在邊桁上縱梁的滑座上，不與中間兩桁片接觸。縱移小橫梁落在中桁上縱梁的滑座上。

錨固系統：分為邊桁錨固系統及中桁錨固系統。為了可最大限度避讓斜拉索，后錨固裝置設計為可自動左右旋轉。

2 吊點系統的設計創新

2.1 吊點系統的組成分析

該架梁起重機的設計與傳統的架梁機相比，在設計上對吊裝系統進行了創新研究，采用了三點均衡吊裝系統，極大的提升了作業效率，而以往同類型橋面起重機將三吊點設置在一根橫梁上，當吊點起升速度不一致或需要架梁對位調整時，很容易造成某個吊點的鋼絲繩松弛，吊點承載嚴重不均勻。從而引起單個吊點的設計提升力大幅增加，造成起重機機架的設計重量增加以及起升系統的負載能力增加，增加制造成本。中吊點提升速度慢，則中間鋼絲繩松弛；邊吊點提升速度慢，則邊吊點鋼絲繩松弛，如圖2、圖3所示。

圖2 中吊點鋼絲松弛圖

圖3 邊吊點鋼絲松弛圖

本起重機將兩邊吊點置于一根長橫梁上，中桁吊點置于一根短橫梁上，長短橫梁前后錯開，使三個吊點形成一個等腰三角形的形狀，吊裝時，先調整鋼梁節段重心與三吊點三角形形心在同一條鉛垂線上，然后控制三吊點的同步提升，即可保證三個吊點受力基本均衡。三吊點受力均衡，可有效減小單個吊點的最大受力，從而降低單個桁片的設計重量；有效控制鋼梁節段單個吊耳的受力，避免鋼梁節段自身因為受力不均而造成破壞，具體如圖4和圖5所示。

圖4 三點均衡吊裝系統結構圖

圖5 三點均衡吊裝系統結構分析示意圖

2.2 吊點負載的影響分析

鋼梁重心與吊裝系統形成的三角形的形心重合，通過上圖可推導出P1=P2=P3。在鋼梁整節段上設置傾角傳感器，并以縱、橫向傾角信號為依據進行各吊點的同步控制，保證了起升過程中鋼梁的縱、橫向傾角不大于0.5°，起升過程安全可靠、操作簡便。

三吊點三角形高度尺寸（h）的確定主要考慮兩個影響因素：

①吊點提升不同步對單點負載的敏感性分析：h越大，敏感性越低，越有利于吊點受力均衡。

②機架結構尺寸的限制：h越小，機架結構上縱梁尺寸越小，機架自重越輕。

實際吊裝時，允許的超載值為660t，控制吊點的不同步程度在80mm以內。經過分析考慮后選擇h=4.05m為依據，針對吊點提升不同步對單點負載的影響情況進行分析，具體敏感性分析如表2。

表2 1800t吊重下吊點提升不同步對吊點負載的敏感性分析

當吊點存在不同步時，會使得鋼梁偏斜，導致重心偏移，從而引起各吊點的負載變化，因此，需研究吊點不同步對吊點負載影響的敏感性。經分析可知，要滿足三吊點受力偏差不超過10%，則需保證同步性在80mm以內，單吊點的受力值不超過660t，對應的鋼梁順橋向傾斜角度為1.1°。因此，在起升以及對位過程中，各吊點的不同步程度不允許超出該限值。

3 結語

對1800t桅桿式架梁起重機進行介紹，詳細的闡述了該桅桿式架梁起重機的結構組成與吊裝系統的設計方法。采用midas有限元軟件對整機的機架進行驗算，并對架梁起重機的吊裝系統進行設計，整機采用三點均衡吊裝系統。通過吊裝實驗分析吊點提升不同步對吊點負載的影響，可以得出結論：為了使三吊點系統的受力偏差在10%以內，需要滿足吊點同步性在80mm內，為大重量架梁起重機的設計與發展提供了技術指導與理論依據。