450 t提梁機拼裝相關技術問題研究

晏 偉

（中鐵二十四局集團橋梁建設有限公司，江西 南昌 330045）

0 引言

提梁機是一種為橋梁建設而專門設計的門式起重機，適用于經常流動的橋梁制運架項目。提梁機主要由拼裝式主梁、支腿（立柱）、天車等組成，構件間采用銷軸及高強螺栓連接，易于拆裝、運輸；與普通門式起重機相比，其安裝方便快捷、經濟實用。

本文主要討論高鐵橋梁施工中兩臺配合抬吊預制橋梁的提梁機，單臺起重量一般為450 t，配置了支腿行走、天車行走及天車起吊設備，可以實現全方位機械化動作。提梁機主要用于將預制橋梁從制梁臺提吊至存梁臺位，預制橋梁養護完成后將其從存梁臺位吊運到運梁車上；還可以作為起重設備完成運架設備的組裝和拆卸。跨線提梁機還可用于架設提梁機軌道范圍內的預制橋梁。

1 450 t提梁機常見型式

常見各種型式的450 t提梁機如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 450 t雙主梁輪軌式跨線提梁機（Y型支腿一個剛性、一個柔性）

圖2 450 t雙主梁輪軌式跨線提梁機（A型支腿一個剛性、一個柔性）

圖3 450 t雙主梁輪軌式不跨線提梁機（兩個固定支腿）

2 450 t雙主梁提梁機拼裝流程

450 t提梁機雖然支腿型式各有不同，但拼裝流程基本相同。雙主梁拼裝的原則是先吊裝距離吊機遠的主梁，再吊裝距離吊機近的主梁，確保吊裝時司機及指揮能夠清晰地看到被吊裝主梁。參考安裝工藝流程：確定安裝位置→安裝大車行走→支腿、主梁地面組拼→吊裝剛性支腿（拉設纜風繩）→吊裝柔性支腿（拉設纜風繩）→吊裝主梁1（遠的主梁）→吊裝主梁2（近的主梁）→吊裝橫梁→吊裝起重天車→安裝剩余走臺、液壓系統及電氣系統→安裝鋼絲繩吊具→安裝電氣系統→整機完善并調試電氣系統→整機試運行。

3 提梁機支腿穩定性及纜風繩設置問題

3.1 輪軌式提梁機纜風繩設置

450 t提梁機常見的走行機構為輪軌式，由于走行輪放在走行軌道上，在提梁機支腿安裝到走行機構上之后，自身無法穩定，要及時安裝纜風繩，確保支腿及走行機構的穩定性。

通過對各種高度尺寸的支腿纜風繩穩定性計算，可以歸納出以下情況：

1）考慮最大風力10級的情況，對支腿纜風繩進行計算，對于重心偏外側的剛性支腿，內側需采用3根纜風繩，外側需采用2根纜風繩；柔性支腿因重心偏移不大，內外側可均采用2根纜風繩。內外纜風繩均有1根不納入計算，作為安全繩，增加保險系數。由于多根纜風繩受力不均的問題，數量過多的纜風繩工效并不高，還會增加錨點設置難度及操作難度，所以采用2～3根纜風繩為宜。

2）纜風繩的選型：考慮纜風繩需均勻受力，同一側必須采用同樣型號的鋼絲繩作為纜風繩。雖然通過計算內外側可采用不同粗細的纜風繩，但考慮纜風繩的通用性以及為避免現場施工用錯纜風繩，造成不安全隱患，故最好采用統一型號的鋼絲繩作為纜風繩，原則是“取粗不取細”。

3）纜風繩的設置距離：要根據提梁機支腿頂高度來確定。纜風繩與地面的夾角在30°～45°較為合理[1]，雖然夾角更小纜風繩的水平分力更大，但需要占用的施工用地范圍過大，會增加項目協調難度。如果角度大于45°，纜風繩直徑就需要加大，或者增加纜風繩的數量，由于多根纜風繩受力不均的問題，數量過多的纜風繩工效并不高，而且角度過大，纜風繩豎向分力加大，對地錨的要求就更高，施工難度也會相應增加。經過多個項目實踐，夾角在30°～45°較為合理。在施工現場用地寬裕的情況下，角度可以更小一些，這樣纜風繩的直徑可以選小一些，相應對地錨的要求也可以低一些。

4）纜風繩必須設置防失效措施，確保在手拉葫蘆失效情況下纜風繩依然有效。纜風繩使用時要檢查每根纜風繩的受力情況，確保盡量受力均衡。

3.2 纜風繩設置實例

下面以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6標11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例進行分析。

3.2.1 剛性支腿的錨固

外側：用2根長42 m的?22 mm纜風繩配合2件10 t手拉葫蘆錨固在錨點上。

內側：用3根長42 m的?22 mm纜風繩配合3件10 t手拉葫蘆和鋼絲繩錨固在錨點上。

3.2.2 柔性支腿的錨固

外側：用2根長42 m的?22 mm纜風繩配合2件5 t手拉葫蘆錨固在錨點上。

內側：用2根長42 m的?22 mm纜風繩配合2件5 t手拉葫蘆和鋼絲繩錨固在錨點上。

纜風繩設置防失效措施，每繩端用6個鋼絲繩夾固定。在實際使用中，用手拉葫蘆張緊纜風繩后，每個纜風繩端用6個鋼絲繩夾將纜風鋼絲繩與錨點固定環夾緊，與手拉葫蘆一同起到雙保險的作用，確保在手拉葫蘆失效情況下纜風繩依然有效。纜風繩使用時要檢查每根纜風繩的受力情況，確保盡量受力均衡。纜風繩及錨固情況如圖4所示。

圖4 纜風繩及錨固示意圖

3.2.3 剛性支腿纜風繩計算

剛性支腿為74 t，纜風繩吊耳高27.6 m，支腿重心位置標高約為16 m，支腿迎風面積約為150 m2。

按最大風力10級計算風載荷：

式中：K為風壓高度變化系數，K=1.25；C為風力系數，C=1.35；P為計算風壓，P=550 N/m2；A為支腿迎風面積，A=150 m2。

風載荷傾覆力矩：

式中：h為計算風心高，h≈16 m。

剛性支腿1自重偏心傾覆力矩：

式中：MG為因自重偏心引起的偏心傾覆力矩；G為剛性支腿自重；e為自重偏心的距離，e=0.6 m。

假設剛性支腿安裝過程中偏斜角度為1°，支腿總成為74 t，支腿頂部高度27.6 m，支腿重心高度約為16 m，重心偏斜量為279 mm。

式中：MG1為因安裝偏斜角度引起的偏心傾覆力矩；G為剛性支腿自重；e1為因安裝偏斜角度引起的重心偏移量，e1=0.279 m。

雖然設置了3根纜風繩，但考慮到受力分配不均，按2根纜風繩計算強度，另外一根作為安全繩。剛性支腿內側纜風繩拉力：

式中：F拉為單根纜風繩的拉力。

剛性支腿內側纜風繩選用?22mm-6×37-1770MPa鋼絲繩，查表得其破斷拉力為283 kN，K=283/71.32≈3.96＞3.5，鋼絲繩滿足要求。

剛性支腿內側纜風繩拉力為7.13 t，纜風繩與錨點用10 t手拉葫蘆進行拉設，滿足使用要求。

剛性支腿外側纜風繩：

剛性支腿外側纜風繩選用?22mm-6×37-1770MPa鋼絲繩，查表得其破斷拉力為283 kN，K=283/50.99≈5.6＞3.5，鋼絲繩滿足要求。

剛性支腿外側纜風繩拉力為5.1 t，纜風繩與錨點用10 t手拉葫蘆進行拉設，滿足使用要求。

4 提梁機纜風繩及錨點設置問題

4.1 提梁機纜風繩錨點設置

1）提梁機跨度以36～40 m最為常見，所以提梁機支腿高度小于20 m的情況下，可采用纜風繩錨點布置如圖5所示。

圖5 纜風繩錨點布置示意圖（支腿高度小于20 m）

2）當提梁機支腿高度大于20 m時，為確保纜風繩拉設角度控制在45°以下，可采用纜風繩錨點布置如圖6所示。

圖6 纜風繩錨點布置示意圖（支腿高度大于20 m）

以上兩種情況是在場地建設時期，只知道擬用提梁機的跨度和高度參數的情況下，提前施工預埋錨點的示意圖。因為根據一般的施工安排，場地建設時期，提梁機的具體型號以及具體的拼裝方案是還沒有明確的，為了后續施工的便利，可以參考圖5、圖6提前施工預埋錨點。

4.2 預埋錨點設置

1）如現場條件允許，盡量設置預埋錨點，既安全可靠，又可在安裝拆除時多次使用，成本可控。

2）如現場預埋錨點施工有困難，可采用20 t左右的設備或重物作為臨時活動錨點，常見的作為臨時錨點的設備或重物可以為挖機、提梁機的卷揚機等，具體需要根據現場條件及設備拼裝方案計算確定。

5 吊裝鋼絲繩的選用及計算

5.1 主梁吊裝鋼絲繩的選用

1）如采用單臺吊機吊裝主梁，因吊點在主梁中心，根據吊裝四點起吊、三點平衡的原理，應選用3根鋼絲繩，1長2短。鋼絲繩與所吊重物的水平夾角以45°～60°為宜[1]。

以新建龍巖至龍川鐵路龍巖至武平段LLZQ-2標上杭北梁場450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：主梁1自重為89 t，加上鋼絲繩的重量約為90 t。吊裝索具：選用3根?60mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩[3]吊裝主梁，其中2根長度為12 m，1根長度為24 m。吊裝鋼絲繩位置如圖7所示。

圖7 龍龍鐵路單臺吊機吊裝主梁鋼絲繩位置示意圖

2）如采用2臺吊機抬吊主梁，因吊點在主梁兩端，那么可以選用同樣長度和直徑的2根或4根鋼絲繩，兜吊在主梁兩端，吊點與主梁兩端的距離對稱，確保2臺吊機承受載荷相同。

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：主梁1自重為75 t，加上鋼絲繩的重量約為76 t。吊裝索具：選用1對長度為12 m的?56mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩[3]吊裝主梁。吊裝鋼絲繩位置如圖8所示。

圖8 武宜鐵路雙機抬吊主梁鋼絲繩位置示意圖

5.2 支腿吊裝鋼絲繩的選用

支腿吊裝點在支腿頂端，因支腿是從地面平放吊裝成直立狀態，鋼絲繩在吊耳上會滑動，那么宜選用2根相同的鋼絲繩穿在吊耳上。

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：剛性支腿（不含下橫梁）自重為64 t，加上鋼絲繩的重量約為65 t。吊機：選用1臺260 t汽車吊主吊、2臺80 t汽車吊（溜尾）。吊裝索具：選用2根長度為12 m的?56mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩主吊，2根12 m的?30mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩配合溜尾。

5.3 吊裝鋼絲繩的計算

吊裝鋼絲繩安全系數的選擇：當鋼絲繩通過重物構件上的起重吊環吊裝構件時，鋼絲繩的安全系數不應小于6[1]；當鋼絲繩兜吊重物構件，且鋼絲繩與構件棱角已采取穩妥的保護措施時，鋼絲繩的安全系數應取6～8[1]。

以新建龍巖至龍川鐵路龍巖至武平段LLZQ-2標上杭北梁場450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：吊裝主梁1鋼絲繩配合卸扣掛在主梁蓋板上已焊好的吊耳上，查表得?60mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩的破斷拉力為210 t[3]，k=210×4/（89/sin 60°）≈8.2＞6，可知鋼絲繩扣在工作狀態下的安全系數滿足規范要求。

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：吊裝主梁1鋼絲繩為兜吊，查表得?56mm-6×37+FC-1770MPa鋼絲繩的破斷拉力為183 t[3]，k=183×4/（75/sin 75°）≈9.4＞8，可知鋼絲繩扣在工作狀態下的安全系數滿足規范要求。

6 起重吊機的計算及選型

根據施工現場的具體情況，特別是吊機站位的場地條件，選用單臺或2臺吊機吊裝主梁。如果現場條件允許，在提梁機軌道外側有吊機站位的場地，可以選用2臺吊機雙機抬吊；如果現場條件不允許，就只能選用單臺吊機吊裝主梁。

6.1 計算荷載、回轉半徑及起升高度的確定

6.1.1 吊裝計算荷載

吊機選型前先要確定最重的主梁計算荷載，吊裝計算荷載要考慮動載荷系數和不均衡荷載系數。計算載荷一般公式為：

式中：Qj為計算荷載；K1為動荷載系數；K2為不均衡荷載系數；Q為分配到一臺起重機的吊裝荷載，包括設備及吊具重量。

動荷載系數：起重機在吊裝重物的運動過程中所產生的對起吊機具負載的影響而計入的系數。一般取動載系數K1=1.1。

不均衡荷載系數：在多分支（多臺起重機、多套滑輪組等）共同抬吊一個重物時，由于起重機械之間的相互運動可能產生作用于起重機械、重物和吊索上的附加荷載，或由于工作不同步，各分支往往不能安全按設定的比例承擔載荷。一般取不均衡荷載系數K2=1.1～1.25。

6.1.2 回轉半徑

吊機作業回轉半徑根據現場情況具體確定。在多個拼裝方案中，吊裝主梁這樣的大型構件，回轉半徑多數在10～14 m范圍內。半徑太小，起重機與主梁太近，影響操作安全；半徑過大，起重機噸位選擇要加大，經濟性不合理。

6.1.3 吊機最大起升高度

可通過計算得出起升高度：

式中：H為起重機吊臂頂端滑輪距離地面的高度；h1為主梁的高度；h2為索具高度（包括鋼絲繩、平衡梁、卸扣等的高度）；h3為主梁底高出支腿頂面的高度；h4為支腿頂面距離地面的高度。

6.1.4 臂長

通過回轉半徑和起升高度計算出臂長，然后通過查起重機性能表選擇合適的臂長。

6.2 起重吊機參數計算及選型實例

以滬渝蓉高鐵武宜段WYZQ-6 標11#梁場MGHZ450 t輪軌式提梁機拼裝方案為例：最重的主梁1自重為75 t，加上鋼絲繩的重量約為76 t，擬采用雙機抬吊。計算荷載=76×1.1×1.2=100.32 t（不均衡荷載系數K2取1.2）。根據現場情況，可以確定汽車吊的回轉半徑為14 m，吊機可以將重物從指定擺放位置吊裝就位。起升高度=30+3+6=39 m，計算出來臂長≥

那么通過各型號起重機性能參數表，查找能夠滿足回轉半徑14 m，臂長≥39.6 m，對應的額定起重量能夠達到100.32/2=50.16 t以上的起重機型號。初選確定SAC2600T8起重機。

由起重機性能表（圖9）可知，SAC2600T8回轉半徑14 m，臂長選用40.4 m時，對應的額定荷載為51.5 t，能夠滿足現場使用要求。

圖9 起重機性能參數表

7 結束語

450 t提梁機拼裝工程中，關鍵的技術問題在于提梁機的穩定性計算、纜風繩及錨點的設置計算、鋼絲繩計算選型以及起重設備計算選型等，確保施工的安全性是提梁機拼裝方案中技術問題的底線。每個環節的計算和選擇都要以相關的起重吊裝規范為依據，充分考慮安全系數和現場施工的關鍵控制點。