大跨度钢桥托架吊具设计及应用

李春元，国春风

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116083）

0 引言

近几年来，随着我国港口工程向深水化、外海化、大型化发展，国内各地已建成的码头中超过100m跨度钢桥有5座以上，均采用吊架工艺利用大型起重船整体吊装工艺，吊架重均在100 t左右，这就增加了对起重船起重能力的要求。

本文结合大连福佳大化码头钢桥设计指标和现有船机性能情况，研究更轻便、更易满足船机吊高等性能要求的托架吊装工艺。通过吊装工艺的优化，保证了安全、质量、工期要求，降低了施工成本。

1 工程概况

大连福佳大化8万吨码头在引桥灌注桩承台、引桥墩和平台墩之间共安装2跨拱桁式钢桥，钢桥全长101.2 m，计算跨径100 m，桥宽9.7 m，轴线矢高13.9 m，每跨钢桥总重450 t，钢桥结构简图见图1。钢桥在工厂内加工成10～20 m长部件，运至现场护岸前沿拼装，再平移至起重船允许跨距范围内，吊运至施工现场进行安装。

图1 钢桥立面图Fig.1 Elevation of steelbridge

2 吊具设计思路

结合实际工况和起重船性能，吊具设计需满足以下3项关键指标：安装时总吊高满足现有船机最大吊高；吊安时钢桥各杆件及节点满足强度和刚度要求；吊具的安拆满足方便性和经济性。

2.1 现有船机性能指标及吊高要求

工程所在地区最大起重船“烟救2号”，起重量700 t，弦外吊距26.2m，吊高45m[1]。

钢桥安装底标高+10.0 m，轴线矢高13.9 m，施工水位±0.0m，安装富裕高度按1.0m考虑。

钢桥长101.2 m，吊索长按30 m考虑，吊索与桥面夹角按最小45°计，起重船钩头距离吊具受力面高度为30×0.707=21.3m。

综上所述，21.3+10+13.9+1=47.2m＞45m，由此可知，起重船吊高不满足要求。解决该问题有2个途径，一个是调遣吊高更高的起重船，另一个是吊具吊点安置于钢桥底部（减少13.9m）。

2.2 采用托架吊具吊装时各杆件及节点受力核算

为满足现有船机作业能力，且不改变上弦杆原结构设计，考虑将吊点位置布设在纵梁底部，即托架吊具，托架吊具型式见图2。

图2 托架吊具示意图Fig.2 Sketch of bracketsling

采用有限元模型计算[2]，钢桥重取450 t，安全系数取1.5，重力加速度取10 m/s2，起吊构件时吊具8点受力，吊具重取7.6 t，选用钢材Q345B，起吊状态见图1。

静态分析最大应力171.19 MPa，最大综合位移0.456 mm，屈曲变形系数最大为24.45，其结构的强度、刚度和稳定性满足要求（只需在钢桥上增加4道32工字钢临时加强杆即可满足钢桥下纵梁吊装时的内力要求）。

2.3 托架吊具的优越性

1）安拆方便：托架吊具重仅7.6 t，利用25 t汽车吊即可进行安装，拆卸时采用50 t方驳吊机即可完成。

2）避免高空作业：托架吊具安置于下纵梁底部，钢桥起吊前和安装后，均属于“路面作业”，规避了高空作业的危险性和措施费。

3） 节省钢材：传统吊架吊具经试算最少需95 t钢材，而托架吊具仅需7.6 t钢材，大大降低了工程成本。

3 工程实施

3.1 托架制作

托架由空间方向不同的板材和一根轴焊接而成，钢材采用Q345B，单个托架钢材1.9 t，按照设计图纸在场内加工成型。

3.2 托架安装

钢桥加工成型后平移至胸墙前沿，采用陆上25 t汽车吊将托架安装到钢桥底，见图3。

图3 托架安装照片Fig.3 Photosofbracketmounting

3.3 托架焊挡

由于托架与桥梁之间存在水平力N（N=2T×cos66°× cos 16°=48 t），为防止托架在钢桥安装过程中水平滑移，在钢桥的下横梁底部需用3 cm钢板焊挡。

3.4 钢桥起吊

700 t起重船由拖轮拖拽至护岸前沿水域，垂直于胸墙前沿线方向驻位，船舷位于护岸轴线外侧19.0m，起重船钩头正对引桥跨中起吊。

3.5 钢桥安装

在4个桥支座墩上测量施放安装边线，起重船吊钢桥垂直于安装轴线方向驻位。通过调整船舶前后锚缆位置使钢桥就位后，起重船开始落钩，在距支座顶面50 cm左右时停止，将事先准备好的木方支垫在钢桥和混凝土墙之间，起重船继续落钩，通过手扳葫芦精确调节桥端部位置，将钢桥4个支座下钢板的中心与球形支座的上钢板中心对齐。平稳安装就位后，将梁底下钢板与支座上钢板焊接牢固[3]，钢桥安装过程详见图4。

图4 钢桥安装过程图示Fig.4 The installation processof steelbridge

4 工艺总结

经实践检验，采用托架吊具安装大跨度钢桥具有如下特点：

1）无需进行局部加强处理，不改变原结构设计；2）制作简单，耗费钢材量少，托架比吊架节省钢材87.4 t；3） 结构轻巧，减少了因吊具给起重船增加的额外吊重；4）体积小，安装、拆除、运输方便；5）吊点位置设于桥底部而不是顶部，解决了起重船吊高限制问题。

5 结语

大跨度钢桥采用托架吊装工艺安装取得了成功，是近年来我国沿海港口施工中海上吊装工艺的一次新尝试，在工艺安全、施工操作、降低成本、保证进度等方面，具有较大的社会效益和经济效益，可为类似工程施工提供借鉴。

[1] 船机性能手册[K].天津：中交第一航务工程局有限公司，2007.Marineengine performancemanual[K].Tianjin:CCCCFirstHarbor EngineeringCo.,Ltd.,2007.

[2]王新敏.ANSYS工程结构数值分析 [M].北京：人民交通出版社，2007.WANGXin-min.Numerical analysisof ANSYSengineering structure[M].Beijing:ChinaCommunicationsPress,2007.

[3] 福佳8万吨码头施工组织设计[R].大连：中交第一航务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.