1800t架梁起重机的结构与吊装设计

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

（①苏交科集团股份有限公司，南京 210000；②保利长大工程有限公司，广州 510000；③长沙理工大学，长沙 410000）

0 引言

沪通长江大桥位于江苏段，是连接南通市（通州区）和苏州市（张家港市），也作为沪通铁路线的控制性工程，全长共11072米。主桥采用主跨1092米的钢桁梁斜拉桥结构，是目前世界上跨径最大的公铁两用斜拉桥，也是世界上首座超过千米跨度的公铁两用桥梁[1]。因施工条件和技术要求，由中铁工业九桥公司为沪通长江大桥主桥量身定制了一台“全球最大的空中造桥机”——1800吨专用架梁起重机，它是目前国内，乃至世界同类设备创起重吨位最大，技术难度最高、技术创新点最多的一种新型专用架梁设备。

1 架梁机的结构组成

1.1 组成系统

1800t桅杆式架梁起重机的结构系统由机架结构、顶升系统、行走系统、起升系统、吊点调整机构、锚固系统等6部分组成[2]；架梁起重机的示意图与主要技术参数如图1、表1所示。

表1 架梁起重机的主要参数

图1 架梁起重机的示意图

1.2 杆件计算

采用madis对架梁起重机的杆件应力进行计算，以吊重（1.1P）+自重+风载荷为控制荷载，经计算满足要求，架梁机的主机架应力计算结果均满足使用要求。

1.3 系统组成

桅杆式架梁起重机的主要组成分为6个系统。其机身自重为1033吨，额定起重量为1800吨，起吊幅度在13米至22.15米。1800吨架梁吊机稳定性好[3]，作业精度高，可以两侧整节段同时吊装，大大缩短了现场施工作业时间，减少了航道交通管制的时间与次数，从而尽可能保证航道正常通行。

机架系统：由四个菱形桁片与横向杆件组成，可防止中间桁片与中部斜拉索干涉。

顶升系统：由三个前支腿及四个后支腿组成。三个前支腿分别布置在钢梁的三个上弦杆上方：一个中桁恒压支腿及两个边桁支腿，中桁恒压支腿配一台2000t级恒压油缸来控制中桁支反力，边桁支腿为调节螺杆式刚性支腿。

行走系统：起重机整机为油缸顶推步履式走行，由液压驱动，实现整机及轨道的前移和后退。整机走行系统共布置四根走行轨道，每根走行轨道上各布置一个前滑靴、一个后滑靴、一个轨道悬挂机构。油缸顶推换步能自动进行，不需人工插拔销轴。

起升系统：由两套边桁起升系统及一套中桁起升系统组成，每套起升系统均由定滑轮组、动滑轮组、吊具、钢丝绳组成。将三个吊点形成一个等腰三角形的形状，吊装时，只要保持钢梁节段重心与三吊点三角形形心在同一条铅垂线上，则三吊点受力会自动均衡。

吊点调整系统：由纵移大横梁、纵移小横梁组成。纵移大横梁落在边桁上纵梁的滑座上，不与中间两桁片接触。纵移小横梁落在中桁上纵梁的滑座上。

锚固系统：分为边桁锚固系统及中桁锚固系统。为了可最大限度避让斜拉索，后锚固装置设计为可自动左右旋转。

2 吊点系统的设计创新

2.1 吊点系统的组成分析

该架梁起重机的设计与传统的架梁机相比，在设计上对吊装系统进行了创新研究，采用了三点均衡吊装系统，极大的提升了作业效率，而以往同类型桥面起重机将三吊点设置在一根横梁上，当吊点起升速度不一致或需要架梁对位调整时，很容易造成某个吊点的钢丝绳松弛，吊点承载严重不均匀。从而引起单个吊点的设计提升力大幅增加，造成起重机机架的设计重量增加以及起升系统的负载能力增加，增加制造成本。中吊点提升速度慢，则中间钢丝绳松弛；边吊点提升速度慢，则边吊点钢丝绳松弛，如图2、图3所示。

图2 中吊点钢丝松弛图

图3 边吊点钢丝松弛图

本起重机将两边吊点置于一根长横梁上，中桁吊点置于一根短横梁上，长短横梁前后错开，使三个吊点形成一个等腰三角形的形状，吊装时，先调整钢梁节段重心与三吊点三角形形心在同一条铅垂线上，然后控制三吊点的同步提升，即可保证三个吊点受力基本均衡。三吊点受力均衡，可有效减小单个吊点的最大受力，从而降低单个桁片的设计重量；有效控制钢梁节段单个吊耳的受力，避免钢梁节段自身因为受力不均而造成破坏，具体如图4和图5所示。

图4 三点均衡吊装系统结构图

图5 三点均衡吊装系统结构分析示意图

2.2 吊点负载的影响分析

钢梁重心与吊装系统形成的三角形的形心重合，通过上图可推导出P1=P2=P3。在钢梁整节段上设置倾角传感器，并以纵、横向倾角信号为依据进行各吊点的同步控制，保证了起升过程中钢梁的纵、横向倾角不大于0.5°，起升过程安全可靠、操作简便。

三吊点三角形高度尺寸（h）的确定主要考虑两个影响因素：

①吊点提升不同步对单点负载的敏感性分析：h越大，敏感性越低，越有利于吊点受力均衡。

②机架结构尺寸的限制：h越小，机架结构上纵梁尺寸越小，机架自重越轻。

实际吊装时，允许的超载值为660t，控制吊点的不同步程度在80mm以内。经过分析考虑后选择h=4.05m为依据，针对吊点提升不同步对单点负载的影响情况进行分析，具体敏感性分析如表2。

表2 1800t吊重下吊点提升不同步对吊点负载的敏感性分析

当吊点存在不同步时，会使得钢梁偏斜，导致重心偏移，从而引起各吊点的负载变化，因此，需研究吊点不同步对吊点负载影响的敏感性。经分析可知，要满足三吊点受力偏差不超过10%，则需保证同步性在80mm以内，单吊点的受力值不超过660t，对应的钢梁顺桥向倾斜角度为1.1°。因此，在起升以及对位过程中，各吊点的不同步程度不允许超出该限值。

3 结语

对1800t桅杆式架梁起重机进行介绍，详细的阐述了该桅杆式架梁起重机的结构组成与吊装系统的设计方法。采用midas有限元软件对整机的机架进行验算，并对架梁起重机的吊装系统进行设计，整机采用三点均衡吊装系统。通过吊装实验分析吊点提升不同步对吊点负载的影响，可以得出结论：为了使三吊点系统的受力偏差在10%以内，需要满足吊点同步性在80mm内，为大重量架梁起重机的设计与发展提供了技术指导与理论依据。