步履自錨式全回轉橋面吊機
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摘 要：在大型橋梁施工建設中，橋面結構的吊裝及吊裝設備的選取尤為重要，且西固大橋處于不通航地區，無法采用大型浮吊施工，為了保證施工順利進行，本文設計了一種步履自錨式全回轉橋面吊機，使用ANSYS有限元軟件對不同工況的分析，驗證了該設備的合理性及可行性。最終該設備在本項目得到成功應用，為類似橋面吊機的設計提供借鑒。
關鍵詞：自錨式;全回轉;橋面吊機;工況分析
中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2019）06-0110-03
隨著我國交通量的逐步增大，在建橋梁日益增加，橋梁規模也逐漸增大，對橋面結構吊裝設備的研究也越來越多，柳鑫星[1]等對之江大橋進行了橋面吊機的設計，研發一種分離式可快速行走的橋面吊機結構;余瑋瑋[2]在三塔鋼箱梁斜拉橋施工中設計了橋面吊機，吊裝過程采用軟連接的方式，縮短了橋面吊機與吊耳的連接時間;陳鳴[3]等在蘇通大橋施工中設計了多功能橋面吊機，實現了集梁段吊裝和長索梁端牽引入索角度調整裝置為一體;唐斌華[4]等對椒江二橋橋面吊機進行了結構設計;吳乾坤等對變幅式橋面吊機進行設計與驗算，解決了三峽庫區內無法采用大型浮吊的問題。
針對本橋的特點，本文研發了一種步履自錨式全回轉橋面吊機，在全回轉移動式桅桿起重機的基礎之上進行創新，在縱移滑道上設置錨固機構裝置。該橋面吊機的設計對本橋施工較好的技術價值及經濟效益。
1工程概況
西固大橋是西北地區在黃河上跨度最大、塔身最高的結合梁斜拉橋，也是甘肅省首座高速公路斜拉橋。大橋跨過黃河，為國內8級及以上地震區最大斜拉橋。本橋主塔形式為菱形塔，下橫梁高度較高（距離地面61m），落地支架搭設受限，且本橋處于黃河中上游不通航地區，針對橋面結構吊裝，研發出一種步履自錨式全回轉橋面吊機。
2橋面吊機主要構造
本機主要由吊臂、上部構造、起升及變幅機構、回轉機構、下部構造、步履機構、電氣及液壓系統等部分組成。
2.1吊臂
吊臂（主臂）長度28.5m，由四節組成，截面為矩型，格構式組合構件。主肢材料為20號鋼，綴條材料為20號鋼。主臂前端另有一節長1.8m副臂。吊臂通過臂根鉸軸安裝于上轉臺上，與上轉臺一起回轉。臂頭內裝有取力裝置及滑輪組。
2.2上部結構
上部結構由三角架、上部轉臺（上車體）組成;
三角架采用Q345c鋼板焊成箱形桿件，形成直角人字形主結構;頂部安裝變幅滑輪組，主副鉤鋼絲繩轉向滑輪，底部與轉臺銷接;
上部轉臺采用工字型及圈梁斷面，轉臺前部設有吊臂鉸軸，下部有圈梁，通過回轉支承與下部轉臺相連。轉臺上裝有司機室，起升、變幅卷揚機，回轉機構。
2.3下部結構
下部結構由各種工字形及箱形梁組成，通過回轉支承與上車體相連;安裝有六個帶機械鎖定的油缸，用于工作時的支承。安裝的滑移支承塊在步履軌道上前后移位，移位動力來源于油缸。步履軌道橫橋向間距為12.5m。
2.4起升、變幅機構
主起升機構：采用單出繩卷揚機，單繩拉力10t，鋼絲繩倍率4，采用φ28mm不旋轉鋼絲繩，型號為28-18x19W-IWS-1770，鋼絲繩長度500米，卷揚機上安裝有排繩裝置，吊鉤滑輪為直徑φ500mm軋制滑輪。
副起升機構：采用單出繩卷揚機，單繩拉力5t，鋼絲繩倍率2，采用φ20mm鋼絲繩，型號為20-18x19W+IWS-1770，鋼絲繩長度為270米，吊鉤滑輪為直徑φ480mm軋制滑輪。
變幅機構：采用單出繩卷揚機，單繩拉力6t，鋼絲繩倍率12，采用φ24mm不旋轉鋼絲繩，型號為24-6x19W+IWR-1770，鋼絲繩長度為440米，滑輪為φ460mm軋制滑輪。
2.5回轉機構
由驅動裝置和支承裝置組成。驅動裝置采用雙驅動系統，機構型式為制動電機+減速機+齒輪傳動，采用變頻電機驅動;支承裝置是聯接上下車體的關鍵部件，由三排滾柱、固定和轉動圈組成，通過M30螺栓分別與上下車體連接，螺栓預緊力矩為1100N·M。
2.6走行機構
本機構由軌道梁、軌道梁支座、步履油缸組成。軌道梁支撐在橋體縱梁上。縱移時在支頂油缸收縮，整機支撐在軌道梁上，通過步履油缸頂升和收縮，實現整機步履式前行8m或12 m至下一架設工位?？v移滑道上設置反鉤裝置，防止傾覆。
2.7錨固機構
錨固機構為反鉤式，通過反鉤掛在橫梁上翼緣根部，機構包括錨桿、錨座、反鉤、螺旋扣等。
2.8電氣系統
電氣系統主要由電源系統、主起升系統、變幅系統、副起升系統、回轉系統、走行系統、安全報警、控制及監控系統、照明電路等組成，采用變頻器、PLC控制。整機裝機功率約為155KW。
2.9液壓系統
液壓站設在下部結構上，由手動換向閥控制車體兩側的走行油缸及支頂油缸。其中關于液壓站參數為壓力16MPa，流量68L/min，7.5kW。
本機安裝在上層橋面的縱梁上，采用步履式移動，具有提升、變幅、回轉、整機前、后移動的功能。傳動方式為電-機械傳動，控制方便，造價適中，維護簡單。
3橋面吊機工況說明
3.1橋面吊機工作環境
3.2吊機站位
站位處的結合梁分兩種：8m間距（0#）和12m間距（1#～14#）。所有梁均由主縱梁、橫梁、小縱梁組成。主縱梁間距為25.5m，橫梁間距為4m。起重最重梁為1#及其他梁的主縱梁，重量約32t，最遠吊幅為H3橫梁，重量15t。 作業：采用油頂支撐，油頂橫向間距11.2m，縱向間距分為12m和8m兩種。滿足0#節段（8m）和其他節段（12m）站位。
過跨：通過縱移軌道步履式前進，軌道橫向間距12.5m。
吊幅：最重主縱梁吊幅為19m，橫梁最遠吊幅為20m。
支撐：設有6個支撐油頂，分間距為12m和8m兩種，作業時4個油頂支撐在橫梁上。
錨固：采用工字鋼梁和精扎螺桿鋼錨固在橋橫梁上。錨固橫向間距10m，縱向間距8m。
4橋面吊機計算分析
運用ANSYS計算最大起重力矩（吊重35t，吊幅20m）工況時下底盤的受力情況來進行結構分析。該工況分支撐縱向間距8m和12m兩種，每種均計算吊臂偏角0°、45°和90°三種情況下的應力和支反力。
4.1工況一：支撐縱向間距8m，吊臂偏角0°
由模型計算結果可得，當支撐縱向間距8m，吊臂偏角0°時，其最大支反力為69.2t，最大應力為236Mpa。
4.2工況二：支撐縱向間距8m，吊臂偏角45°
由模型計算結果可得，當支撐縱向間距8m，吊臂偏角45°時，其最大支反力為76.7t，最大應力為186Mpa。
4.3工況三：支撐縱向間距8m，吊臂偏角90°
由模型計算結果可得，當支撐縱向間距8m，吊臂偏角90°時，其最大支反力為61.3t，最大應力為166Mpa。
4.4工況四：支撐縱向間距12m，吊臂偏角0°
由模型計算結果可得，當支撐縱向間距12m，吊臂偏角0°時，其最大支反力為68.7t，最大應力為236Mpa。
4.5工況五：支撐縱向間距12m，吊臂偏角45°
由模型計算結果可得，當支撐縱向間距12m，吊臂偏角45°時，其最大支反力為88.9t，最大應力為197Mpa。
4.6工況六：支撐縱向間距12m，吊臂偏角90°
由模型計算結果可得，當支撐縱向間距12m，吊臂偏角90°時，其最大支反力為82.9t，最大應力為200Mpa。
橋面吊機的最大起重力矩（吊重35t，吊幅20m）工況時下底盤的受力情況來進行結構分析，所得結果證明其符合規范要求，可以安全使用。
5現場應用
步履自錨式全回轉橋面吊機安全地使用在南繞城高速公路LRN14西北高震區跨黃河菱形高塔大跨結合梁斜拉橋項目。在邊跨不便于地面運輸、搭建鋼棧橋的情況下，橋面吊機起吊、安裝主橋工字鋼梁的主縱梁和橫梁、橋面板和小縱梁。
6結論
步履自錨式全回轉橋面吊機行走在鋼結合梁上施工作業方法新穎，科學而有效地縮減了在工序上施工作業的時間，提高了施工效率和工程進度，省去了大型吊裝設備的煩惱，且周轉使用率高，對梁體結構形式的要求不高，應用范圍廣。在增加經濟效益的同時極大程度地縮短了施工周期。在結構設計上有以下技術特色：采用全變頻及PLC控制系統，工作便捷、可靠;各卷揚機均采用了高速端制動器和低速端制動器;配電柜為整體集裝箱式，方便整體吊裝及運輸;主鉤滑輪組采用四倍率平行鋼絲繩纏繞方式，同時采用微旋轉鋼絲繩設計，以保證大起升高度情況下吊鉤滑輪組不會發生旋轉;設置有視頻監控系統。
參考文獻：
[1]柳鑫星，賈兵團，周林，高權.之江大橋橋面吊機設計[J].公路，2014，59（06）：130-134.
[2]余瑋瑋.橋面吊機在三塔鋼箱梁斜拉橋中的設計與應用[J].工程建設與設計，2017（10）：126-128.
[3]陳鳴，吳啟和，羅承斌，肖文福.蘇通大橋多功能橋面吊機設計與使用[J].中外公路，2008（05）：105-109.
[4]唐斌華，宋偉峰，郭杰鑫.椒江二橋橋面吊機結構設計[J].中外公路，2014，34（04）：200-204.
[5]吳乾坤，郭杰鑫，汪泉慶.變幅式橋面吊機設計與驗算[J].公路，2017，62（08）：138-142.
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