马来西亚登嘉楼开启桥

孔 旭 周 罡 盛朝晖 王春芳

武汉武桥交通装备技术有限公司 武汉 430056

1 工程概述

马来西亚登记楼开启桥是连接瓜拉丁加奴市中心河口南岸与河口北岸的一座开启桥，该开启桥设计为景观桥，是东南亚地区第一座开启桥，全桥通车后极大地缩短了从登嘉楼各地到机场的距离。开启桥拥有2座16层楼桥塔，设有4座景观台及2座人行天桥，采用了双叶竖转开启方式，全桥南北岸跨度为76 m，宽度23 m，单幅开启最大开启角度为75.5°，如图1所示。

图1 马来西亚开启桥实景图

2 开启桥主要技术参数

该开启桥的主要技术参数有：开启方式为双叶竖转；跨度为76 m；结构形式为钢桁梁；活动桥跨质量为2×1 500 t；活动桥跨整体尺寸为2×45 m×23 m；开启时间（不含锁定时间）为快速120 s，慢速240 s；开启最大角度为75.5°；设计风速为33.5m/s；总功率为2×200 kW＝400 kW；供电为AC415V，50Hz，三相五线制。

3 开启桥主要构造、功能及特点

如图2所示，该开启桥主要由钢结构部分、机械部分、主轴支撑系统、电气系统及液压系统等组成，钢结构主体采用Q370qC材质工字钢梁组成，主铰点支座与主轴支撑系统连接，主轴支撑系统通过预埋螺栓与地基混凝土固定。钢桁梁桥体通过3组纵梁连接座连接铰点主轴，并整体置于主铰点支座轴承座内。配重及前支撑座分别设于主铰点支座两侧，起配平及支撑桥梁作用。南北桥接缝主梁位置设置中部锁定机构，用于开启桥关闭时的锁紧固定。整座桥通过电气及液压控制，3组液压缸同步顶推使铰点主轴绕轴承座旋转开启，南北桥既可单独开启，也可同步开启。南北岸通讯采用无线以太网技术，并具有多项防脱网保证措施。

图2 马来西亚登嘉楼开启桥结构图

3.1 钢结构

钢结构为开启桥的主要承力结构，由纵梁与横梁组成的钢桁梁主体结构、配重结构以及桥面铺装、走廊、护栏等桥梁附属结构组成。钢桁梁主体结构主要由3片工字形主纵梁（2片边纵梁OBG、1片中纵梁IBG）、12片对称布置的工字形主横梁组成主要框架，主纵梁与主横梁之间采用小纵梁、小横梁及连接斜撑连接。为了便于运输，主纵梁采用分段制造，节段与节段之间按与主结构等强度的高强螺栓连接设计，横梁及斜撑等其他结构均通过高强螺栓与主梁连接。钢桁梁主体结构上铺设混凝土路面，承载着车道及人群载荷，桥梁路面两端设有护栏、人行走廊、边部防撞、中部设钢构隔离带。

配重结构设计在桥梁后端，并置于桥塔内，包括配重框架、混凝土配重与活动配重。配重框架由12片横梁（上横梁6片，下横梁6片），上中下3层平联系通过螺栓连接而成主体框架，并与纵梁之间采用螺栓连接。配重框架内部填充混凝土，为实现开启桥的最终配平，混凝土配重的配比根据开启桥的安装进程分多次浇筑，每次浇筑均需测算其重心位置变化，然后调整配比，以保证成桥后整桥重心始终靠近铰点主轴的设计允许范围内。活动配重为成桥后可调整配重，便于成桥后的配重配平的微调。

配重结构与液压缸分别布置在主铰点支座的两侧，配重结构配平后，整桥重心应靠近铰点主轴位置，并能使开启桥轻松开启，同时保证在开启桥开启到最大角度75.5°，在最大风压958 Pa作业下，液压缸能顶住不动，确保桥梁安全。

3.2 机械部分

机械部分作为开启桥主要传力结构以及开启关键部件，主要由主铰点支座、前支撑座、液压缸支座以及中部锁定机构等组成。

图3 马来西亚登嘉楼开启桥机械部分结构示意图

主铰点支座设置于桥体主纵梁下部，单跨桥体共设置3组，主铰点支座为开启桥开启与关闭动作的关键部件，其制造及安装精度要求很高（3组主轴表面加工精度Ra0.2 μm，单跨桥3组焦点主轴安装同轴度达到0.75 mm）。主铰点支座由轴承座、铰点主轴及纵梁连接座组成，材料主要为锻铸件整体成型。轴承座与主轴支撑系统栓接固定，为全桥关键支撑点。纵梁连接座与钢梁主体部分固定连接，铰点主轴与纵梁连接座紧密配合并采用销轴固定，从而使铰点主轴与桥体成为一个整体。单跨桥3组铰点主轴置于3组轴承座铜套内，在铰点主轴的旋转下实现桥体的开启与关闭。

液压缸支座采用ZG40Mn2材质铸造成型，共有2种：一种为直接与混凝土基础预埋件连接的下液压缸支座；另一种为与3片主纵梁连接的上液压缸支座，单跨桥上下液压缸座共3组。3组液压缸上下两端分别与液压缸上下支座铰接，通过液压系统控制3组液压缸伸缩运动，使整桥铰点主轴绕轴承座旋转，从而实现开启桥的开启与关闭。

前支撑座为钢板焊接而成的组焊件，为开启桥的前部支撑受力点，下部直接与混凝土基础预埋件连接，上表面为开启桥闭合后的着力点。单跨桥该前支撑座共3组，与3组主铰点支座共同组成桥体的承载平衡系统。

中部锁定机构用于开启桥关闭时南北桥的锁定固定，全桥共4组，分别置于南北桥接缝处的3片主纵梁上（两边纵梁各1组，中纵梁布置2组），通过德国RACO品牌电动推杆推动锁定轴插入锁定孔套内进行锁定，锁定轴与锁孔之间采用高精度的过渡配合，以避免因较大间隙造成桥梁较大晃动，从而保证南北桥锁定后的安全平稳通车。同时，在锁定机构上设有多个高精度限位检测装置，以确保南北桥锁定及解锁安全。

3.3 主轴支撑系统

主轴支撑系统为工字钢梁组成的框架结构，下部与桥塔地基混凝土固定连接，上部通过螺栓连接主铰点支座，为整个开启桥承力结构及旋转开启着力位置。

3.4 电气系统

开启桥电气系统共2套，分别安装于开启桥南北两岸，每套包含操作台、MCC柜、控制及PLC柜、继电器柜、液压站现场控制柜、塔顶控制柜、接线箱、无线设备、限位开关、控制电缆等。2套电气系统单独供电，可对两岸开启桥系统进行独立操作。

南北桥两岸通讯采用工业无线以太网技术实现开启同步。由于南北桥两岸电气系统之间无法敷设任何动力、控制及通讯电缆，为了实现两岸联控及同步开启，首次在开启桥梁领域采用无线控制技术，且考虑到无线通讯的可靠性，两岸电气控制系统间通过2套无线通讯设备各自使用独立的电源、无线设备、以太网光缆、馈线及天线，建立2个完全独立的无线连接互为冗余备份。

南北岸的2套电气系统间采用无线连接，在无线通讯正常的条件下，可进行两岸开启桥系统间的无线联控及同步控制。

开启桥桥体采用液压动力驱动，控制系统主要通过油泵电动机、电液比例泵及电磁换向阀来控制每侧各3只液压缸的伸缩方向、速度及同步动作，从而实现开启桥桥体的开闭操作。

此外，开启桥电气系统还包括锁定机构、交通门、道路交通信号、航行交通信号等辅助及交通管理系统，电气系统根据操作指令及桥体状态，对上述各系统进行联锁协同控制。

3.5 液压系统

该开启桥的液压系统是一种超大流量的电比例控制容积调速泵控系统，通过3只工作油口相互连通的液压缸同步举升或下放动作实现开启桥的起升和下降。通过在系统中设置蓄能器和利用电比例油泵输出流量的二次斜坡控制，很好地解决了压力冲击问题，使开启桥启停以及整个运行过程均十分平稳。

4 关键技术及创新点

1）高精度加工及高精度安装工法

该开启桥实现了工程上高精度大轴加工，轴的直径达900 mm，长度为2 630 mm，表面加工精度高达Ra 0.2 μm，同时要求现场同侧3轴安装同轴度高达0.75 mm（桥宽度23 m）。在大型工程领域，如此高的加工精度及23 m宽3轴安装的高精度在国内尚属首例，其成功制造及安装为整个大型桥梁领域的加工及安装提供了重要参考价值，提升了国内大型零部件的加工精度及安装精度。

为保证3轴0.75 mm同轴度的安装精度，首先，采用预埋件厂内精加工，现场整体胎架吊装方案来控制预埋精度；然后，主轴支撑系统厂内组装并整体加工，现场采用特定整体安装工法控制安装精度；最后，在生产时严格控制主铰点支座的制造误差，并专门设计同精度工艺轴替代主轴，厂内将其整体组装发运，现场整体吊装以控制整体误差，并使所有误差集中在主铰点支座位置，通过薄垫片随调随测的方式进行主铰点支座整体同轴度调整，使之满足设计要求。

2）高精度同轴度先进测量方案

该开启桥设计及安装的关键点在于主铰点支座，为保证23 m宽度内3组主铰点支座的同轴度≤0.75 mm，综合考虑设计、制造、现场实施等方面因素，最终解决了高精度问题，但仍存在大宽度范围内同轴度测量的问题。传统的测量方式显然难以满足该工程的精度要求，经分析研究，采用了特制专用激光准直仪测量方案，该测量仪器测量精度高达0.001 mm，现场安装实测同轴度达到0.56 mm。

3）全桥安装工法创新

采用130 t履带起重机进行全桥整体起吊安装，在南北岸高于桥面上分别设置履带起重机专用行走支架及轨道，供履带起重机行走及吊装。吊装难度在于第二节段主轴的准确落位，采用该创新安装工法替代了原起吊船安装，极大地节省了工程成本及人力投入。

4）采用工业无线以太网技术实现两岸通讯

该开启桥为双叶竖转结构，两岸电气系统间无法敷设任何动力、控制及通讯电缆。为此，电气控制系统在开启桥领域首次采用了工业无线以太网技术，实现了两岸联控及同步开启。

为确保无线通讯的可靠性，两岸电气控制系统间通过2套无线通讯设备，各自使用独立的电源、无线设备、以太网光缆、馈线及天线，建立了2个完全独立的无线连接，互为冗余备份。2个连接分别采用不同的无线通讯频率和信道，并使用定向天线，可避免外部无线信号干扰和2个无线连接之间的相互干扰。

在软件层面，两岸电气控制系统中的PLC之间同时通过2个无线连接建立通讯，并同时通过底层网络协议和应用层的数据校验算法实时检测2个无线连接的连通性和可靠性。当检测到某个无线连接失效时，系统能通过另一个无线连接保持持续的数据交换，同时向操作人员发出故障警示信息。当2个无线连接同时失效时，两岸电气控制系统可在极短时间内同时触发紧急停止，停止两岸所有机构的运转，确保人身、设备及财产安全。

5）采用3轴同步顶推及控制开启桥平稳置于到桥梁支座的液压系统

该开启桥采用的是3只工作油口相互连通的液压缸同步顶推开启，液压系统是一种超大流量的电比例控制容积调速的泵控系统。该开启桥的液压系统通过在系统中设置蓄能器和利用电比例油泵输出流量的二次斜坡控制，很好地解决了压力冲击问题，开启桥的启停以及整个运行过程均十分平稳。

5 结束语

马来西亚开启桥以主铰点支座位置为主轴旋转开启及关闭的活动点，主铰点支座前方的前支撑座位置为开启桥关闭落桥的着力点，在主铰点支座与前支撑座之间的液压缸支座位置为液压缸顶推动力点，主铰点支座后方为配重部分，用于配平。通过电气系统及液压系统的控制，液压缸顶推，推动开启桥主轴旋转开启，开启桥关闭落桥后，通过锁定机构实现南北桥的锁定。

该开启桥于2019年9月正式通车并交付使用，该桥的无线控制技术、3轴同步顶推技术以及开启桥的高精度配合加工、高精度的安装要求都为国内大型工程产品之最，为开启桥梁领域树立了一个新的标杆。