干沟大桥塔吊电梯一体化连接运行设计研究

徐彬

（中铁五局集团路桥工程有限责任公司，广东 广州 511458）

0 引言

采用超长三链杆电梯附着和两面四杆多铰电梯附着，将塔吊电梯一体化连接运行使用，有效地解决了干沟大桥0#块箱梁与下主塔呈环向大悬臂的难题，规避了传统方案在墩壁上大量预埋和对箱梁结构开孔的缺陷。

1 工程概况

中铁大道干沟大桥是中铁贵州国际生态城中铁大道上的关键控制性工程，主桥为长195 m的“芦笙”造型斜拉桥。其中2#主塔承台以上墩高87 m，上塔柱塔高41 m，塔柱为实心花瓣截面，共设计14根拉索与7#块至19#块的顶板中箱上齿块相连。主桥箱梁截面形式为单箱三室斜腹板变截面梁，箱梁梁高从9 m渐变至3 m，底板宽度从10 m渐变至15.77 m，顶板宽25 m，翼缘板宽3.5 m。下塔柱55 m处截面为椭圆空心薄壁墩，55～65 m段，其截面从椭圆渐变至椭圆花瓣形状，65～87 m段，其截面为椭圆花瓣形状薄壁空心墩，整个塔柱为芦笙形状。0#块箱梁与下塔刚结位置塔截面为（6.6 m×7.8 m）椭圆花瓣，0#块箱梁与下塔呈环向大悬臂。由于桥梁结构设计受力安全原因不允许在箱梁底板和斜腹板上开孔，导致塔吊和施工电梯安装必须距离墩身表面7 m以外，给塔吊和施工电梯安装带来极大困难。塔吊电梯一体化连接运行设计就在这样的项目背景下诞生的。

2 塔吊电梯一化方案与传统方案对比分析研究

传统的塔吊电梯，无论是在工业民用建筑还是市政桥梁施工中，都是将塔吊电梯分开在不同的部位使用。龙里生态城干沟大桥项目却成功地设计超长三链杆塔吊附着、电梯两面四杆多铰附着将塔吊电梯连接作为整体运行。

施工塔吊电梯一体化由主塔预埋耳板、塔吊超长三链杆附着、塔吊标准节、电梯附着及电梯笼组成。施工塔吊电梯一体化将首次实现将塔吊电梯连接为一体使用，避免传统电梯与塔吊分开安装使用；特别是大型桥梁如果将塔吊电梯分开设计安装使用，会造成在主塔上大量预埋钢板，电梯出口通道必须在主桥箱梁底板处预留孔洞。施工塔吊电梯一体化连接运行使用施工工法实现了规避上述缺陷，在安全上有保证，在成本上较经济。干沟大桥塔吊电梯方案采用传统思维方式将塔吊电梯分开设计，在设计桥梁结构和电梯附着两方面的因素导致传统方案不可行。第一方面原因是桥梁结构为了保证在施工阶段的安全不允许在0#块箱梁底板开孔。第二方面电梯单独设计只能将电梯出口设计在翼缘板位置，导致电梯附着与其标准节长细比超出规范要求，无法满足安全使用要求。

对比传统方案，干沟大桥施工塔吊电梯一体化运行使用有效解决了传统塔吊电梯必须分开使用，在特殊情况下电梯超长附着与电梯标准节的长细比远远不能保证安全，故采用三链杆超长塔吊附着，两面四杆四铰电梯附着保证了电梯塔吊一体化运行使用的安全。电梯节省了电梯超长附着的材料50 t,故节省材料费、加工费、保养费和安装拆除费共计57.5万元。

3 施工塔吊电梯一体化使用的原理

通过在干沟大桥2#下主塔塔身预埋锚固钢板，采用专业设计的超长附着三链杆采用销轴连接在耳板上，耳板与墩身锚固钢板采用焊接，超长附着杆采用矩形抱箍抱紧在塔吊标准节上。电梯附着将塔吊标准节与电梯标准节连接形成一整体；特别是电梯附着杆通过2个面4个铰接实现电梯运行时电梯标准节转角相对较小，保证了电梯运行安全和舒适度。塔吊超长附着三链杆约束塔吊标准节保证了塔吊的运行安全，有效控制了塔吊标准节的横向摆动。

4 施工塔吊电梯一体化设计

4.1 塔吊超长附着及塔身预埋件设计

塔吊超长附着主梁由双拼［22加工，横向连接板采用10 mm厚Q235钢板，超长附着伸缩端由丝杆与螺母组成，塔吊抱箍耳板，墩身预埋母板与耳板均为20 mm厚Q235钢板。伸缩端与塔身固定端均采用40 cr销轴与耳板连接。塔吊每组附着设计成三链杆形式。塔吊预埋件见图1，塔吊超长附着见图2。

图1 塔吊预埋件图

图2 塔吊超长附着图

4.2 电梯附着设计

电梯附着通过2面4根附着杆扣死在电梯标准节立柱与横杆上，采用螺栓将定位框固定在标准节横杆上。附着杆采用销轴连接在方钢抱箍上，方钢抱箍采用高强螺栓锚固在塔吊标准节上。方钢抱箍采用100 mm×100 mm×5 mm的Q235方钢。附着杆为80 mm×5 mm的Q235圆钢管，定位框为60 mm×60 mm的角钢，销轴为25 mm的40Cr，吊耳板为10 mm的Q235钢板[1,2]。电梯附着见图3。

图3 电梯附着图

4.3 塔吊电梯附着一体化设计

超长附着三链杆采用交叉布置方式通过销轴将附着伸缩、固定端分别与墩身及抱箍耳板连接。电梯附着采用两面四杆多铰接在电梯标准节立杆上，电梯附着杆连接在塔吊标准节方钢抱箍上。其整体设计见图4。

图4 整体设计图

4.4 塔吊电梯附着一体化运行控制分析

塔吊在规定的时间检查范围内应定期组织厂家、监理及地方的安全监督部门进行检查。重点监控超长附着墩身端预埋耳板与母板的焊缝在使用过程中焊缝是否开裂，焊缝防锈漆是否脱落。超长附着固定端、伸缩端母板与耳板焊缝在使用过程中是否有开裂异常，连接销轴开口销是否起到限位作用。应检查塔吊抱箍连接高强螺栓是否有松弛。塔吊每一个标准节的连接螺栓应重新加固，以防塔吊标准节松动出现安全事故。

应在电梯笼上下对电梯标准节进行连接螺栓加固，对电梯标准节齿轮条应进行抹油保养，对防坠系统进行检修并作防坠试验。对电梯反扣轮里的轴承应仔细检查有无断裂异常。对电梯附着方钢抱箍的连接螺栓应进行扭紧加固，对附着杆的连接活动扣件按时加固。电梯附着杆耳板、拉板及母板的连接焊缝应进行检查有无异常。

5 塔吊电梯一体化理论受力计算分析

5.1 理论受力计算的意义

干沟大桥塔吊电梯一体化连接运行使用在国内甚至国外都是极其罕见的，建立塔吊和电梯整体连接模型理论受力分析对塔吊电梯能否安全使用具有重要的意义。通过干沟大桥项目的成功应用，证明了若具备精确的理论受力指导和现场有效的管控制度这两个关键条件，采用塔吊电梯一体化连接运行使用是可行的。

5.2 塔吊电梯受力荷载取值

塔吊配重160 kN，塔帽和大臂总重70 kN，最大吊重60 kN，电梯重20 kN。风荷载按100 a一遇情况考虑，取0.35 kN/m2。塔吊电梯侧面积为（1.6+0.73）×100=74.6 m2。故塔吊侧面的平均节点荷载为0.39 kN，电梯侧面的平均节点荷载为0.089 kN。

其计算荷载组合为：自重+塔吊配重160 kN+塔帽和大臂总重70 kN+最大吊重60 kN+电梯重20 kN＋风荷载[3,4]。

5.3 塔吊电梯一体化整体模型计算

采用Midas Civil计算，建立塔吊空间与平模型。

（1）强度计算

（2）整体稳定性计算

整体稳定性计算各阶模态如下，见图5、图6。

对应一阶模态，最小稳定系数为61，满足整体稳定性要求[5]。

图5 一阶模态

图6 二阶模态

6 结语

干沟大桥采用塔吊电梯一体化连接运行设计方案，采用电梯三链杆超长附着和四杆两面多铰的电梯附着将塔吊电梯连接成为一体化运行，又通过精确的理论受力计算和现场有效管理管控，有效地解决了0#段箱梁与下塔呈环向大悬臂的难题，塔吊电梯一体化运用规避了传统方案中存在墩壁大量预埋和在箱梁结构上开孔的缺陷。通过现场运用证明其方法安全有效地应用在工程项目上，值得类似桥梁工程参考与应用。