超大型塔式起重机超长附墙拉杆的设计与应用

1、 超大型塔式起重机超长附墙拉杆的设计与应用 摘 要：本文结合在桥梁施工方案介绍超大型塔式起重机如何设计使用超长附墙拉杆，介绍塔式起重机布置考虑要点、常用附墙装置布置形式和超长附墙拉杆格构截面计算验算过程，为类似的施工方案制定提供参考和借鉴。关键词：超大型塔式起重机、超长附墙拉杆、桥梁施工、设计前 言：塔式起重机是建筑施工中常用的辅助机械设备，广泛应用于高层、超高层建筑施工中垂直运输物料。随着国家基础建设的发展、城镇化建设以及一带一路政策影响，塔式起重机在公路建设、高铁基建以及桥梁施工中也得到广泛的应用，特别在大桥梁建设施工中，大型、超大型塔式起重机成为不可缺少的一种施工机械。随着国家技术的进步

2、，大桥、特大桥不断的出现在基础建设方案中，对于大桥、特大桥建设方案中，其桥梁主塔超过100m时，其截面一般是各种形式，形状千变万化，甚至一座桥成为一个地方、城市的标志性建筑。在各种形状的桥梁主塔中，变截面形式最多也最常见，现有的塔式起重机独立高度一般在60m以下，超大型塔式起重机的塔身做到4m及以上，独立高度可达90m，但也无法满足使用要求。超过独立高度的塔式起重机必须使用附墙装置将塔身和建筑物连接，保证塔式起重机安全使用。对于在桥梁的主塔建设中，塔式起重机受变截面的主塔结构影响，附墙装置经常超出常规标准配置范围，需要使用超长附墙拉杆，要单独研发设计。本文以湖北省宜昌市兴山县峡口香溪河大桥为例

3、，结合其施工方案，论述超大型塔式起重机在桥梁施工中设计和应用超长附墙拉杆。1 工程概况该工程位于西陵长江北岸的香溪河，是流经湖北兴山与秭归的最大河流，于香溪镇东侧注入长江。主桥全长328m，为（90+238）m独塔、斜塔中央索面混合梁斜拉桥。主塔塔身采用“琵琶”形斜向形状，主塔塔身有上塔柱、下塔柱、横梁等组成，塔身顺桥向偏离铅垂面10，主塔总高度（塔座顶至塔顶）竖向为126m，塔身采用箱型结构，变截面主塔，分为两段，上塔竖向高度53m，下塔竖向高度73m。三维模型如图1所示。2 塔式起重机布置方案塔式起重机的布置主要从以下几个方面考虑：（1）覆盖面积。塔式起重机主要目的是施工现场垂直运输物料，

4、需要考虑到施工现场塔式起重机运输物资的覆盖面，除了需要覆盖完施工建筑面积，还尽可能的覆盖到堆场、料场，减少物料物资在现场二次搬运工作，减少临时设施的投入。（2）安全距离。塔式起重机在使用过程中需要与建筑物保持一定的安全距离，在其回转半径范围内不能与建筑物有干涉，至少保持一定的安全距离，与高压线的距离符合相关的标准规范要求。（3）基础位置。基础是塔式起重机的根本，基础的稳定性关系到塔式起重机整体性能，甚至是塔式起重机整体的安全性。塔式起重机基础达不到设计要求，最容易造成倾翻事故。在布置塔式起重机时，需要重点考虑基础位置。如果基础面积不够大就需要重新选址，地面承压能力不足，就需要通过桩工技术、夯实

5、土壤等方式提高承载能力或更换选址。（4）附墙位置。对于塔式起重机使用高度超过其独立高度时，需要使用附墙装置。附墙装置需要与建筑物固定链接，尽可能的降低附墙拉杆的长度，附墙拉杆越长，附墙拉杆的截面积就需要做得越大，拆装工序越复杂，经济性也越低。在本工程项目中，项目部根据桥梁施工工艺和桥梁箱体构件的重量，选择qtz7526或tct7535塔式起重机作为施工重要辅助机械。考虑到塔式起重机安装和拆卸时尽可能依靠自身装置完成升降，塔式起重机安拆过程需要与桥梁预留足够的安全距离，且在运行过程中不能与桥梁斜拉杆干涉，塔式起重机安装的位置只能布置在主塔侧面。为保证塔式起重机安全使用，其基础边缘与主塔基础边缘保

6、留3m安全距离。塔式起重机在桥梁施工完成之后需要拆卸，拆装过程尽可能的减少辅助机械，降低拆装成本。考虑到大桥主塔建设完成后，主塔宽度可达35m，而塔式起重机臂架宽度约1.5m，当臂架与大桥平行时，臂架边缘需要保持距离主塔边缘1.5m以上的安全距离，因此，选择臂架中心与主塔边缘距离2.5m。考虑尽可能的降低塔式起重机附墙拉杆长度，塔式起重机布置在主塔倾斜一侧。经设计放样，塔式起重机与桥梁主塔的相对位置如图2所示。从图2可以看出，布置塔式起重机的基础（长8m，宽8m）后，塔式起重机的中心与桥梁主塔中心距离达20m，远远超过塔式起重机标准附墙拉杆使用范围，因此需要重新设计塔式起重机的附墙拉杆。3 附

7、墙装置常用形式附墙装置是塔式起重机在安装使用过程中，超过设计独立高度后，用于增加塔式起重机使用高度，保持塔式起重机稳定性和安全性能的装置。附墙装置主要是由附着框、附墙拉杆和锚固件（建筑物连接件）组成，附墙拉杆的受力是根据塔式起重机的起重性能、悬臂高度以及相邻两道附墙装置之间的距离分析，附墙拉杆所使用的结构形式是根据受力大小以及考虑制造附墙装置的经济性价比确定其截面形式。附墙拉杆的布置方式通常有三种，如图3所示：（1）四杆两点固定式，（2）四杆三点固定式，（3）三联杆两点固定式。常用到的主要为（1）四杆两点固定式和（3）三杆两点固定式。本项目中所使用的塔式起重机属于超大型，且塔身中心距离主塔建筑

8、相对比较远，必须使用超长附墙拉杆，因此选择了四杆两点固定式的布置方式。根据塔式起重机主塔外形尺寸，其外形截面尺寸只有7-9m，而塔式起重机中心距离大桥主塔中心有20m，如果在大桥主塔钢结构上布置锚固件，附墙拉杆的角度比较小，受力会比较大，对塔式起重机附着受力稳定性不强。笔者以qtz7526塔式起重机为例，经过附墙拉杆放样设计和sap84有限元软件计算分析，通过在大桥主塔边缘（顺桥两侧）布置一个2.5m的伸出架体，用于安装附墙拉杆，可有效增大附墙拉杆角度，降低附墙拉杆受力。附墙拉杆布置示意图如图4所示。4 附墙拉杆设计计算（1）附墙架载荷值如下表：qtz7526塔式起重机在安装附墙拉杆时，其附墙

9、框受力值如表1所示。表1.附墙框受力数值工作状况x轴水平px（kn）y轴水平力py（kn）x-y轴平面内扭矩tn（kn.m）工况-5151690非工况1751750（2）通过sap84建立附墙拉杆受力模型，计算附墙杆件内力值如表2所示：表2.附墙拉杆内力值拉杆编号1234nmax(kn)413.57515.95577.82311.18l（m）20.7218.1917.4320.10（3）附墙拉杆杆件受压稳定性设计计算根据附墙拉杆内力值，初步选用常规q235b的型材，应力安全系数选取1.34，则型材许用应力=235/1.34=175.37mpa。在超大型塔式起重机超长附墙拉杆设计时，优选格构截面

10、型式设计附墙拉杆，采用缀条连接主肢角钢。初步对墙拉杆格构件的主肢选用:4条10号角钢bdr=1001008mm；缀条选用:50号角钢bdr=5055mm，其长度为450mm，与主肢角钢斜焊接在主肢上，其示意图如图4所示。4.1格构柱截面的力学特性：格构柱的截面尺寸为350350mm；主肢选用:100号角钢bdr=1001010mm；缀条选用:5号角钢bdr=5055mm；主肢的截面力学参数为 a0=41926=7704mm2，ix-x=172844072mm4， 缀条的截面力学参数为 at=4480=1920mm2。4.2计算格构件长细比r：r= = =149.79mm根据表1.杆件1长度：l

11、=20720mm，杆件2长度：l=18190mm，杆件3长度：l=17430mm，杆件4长度：l=20100mm，计算主枝节构件长细比x：由主枝节构件长细比公式：x= 得：杆件1长细比：x=138.33，杆件2长细比：x=121.44，杆件3长细比：x=116.36，杆件4长细比：x=134.19。4.3 计算格构件换算长细比：格构件长细比换算公式：= 得：杆件1：=138.91杆件2：=122.01，杆件3：=117.05，杆件4：=134.79根据gb/t13752-2017查表h2得格构件稳定系数为：杆件1=0.35，杆件2=0.426，杆件3=0.453，杆件4=0.367。4.4 验

12、算格构件稳定性由计算公式：= n/(a0)得：杆件1：=413.57kn1000/(0.357704mm2)=153.38mpa=175.39mpa杆件2：= 515.95kn1000/(0.4267704 mm2)=157.21mpa =175.39mpa杆件3：= 577.82kn1000/(0.4537704 mm2)=165.57mpa =175.39mpa杆件4：= 311.18kn1000/(0.3677704 mm2)=110.06mpa =175.39mpa四根附墙拉杆均满足使用要求。结束语本文结合施工方案介绍超大型塔式起重机在大桥施工中应用，受桥梁结构形状影响，需要使用超长附墙拉杆。在需要选取合适的拉杆形式时，面对细长变截面的桥梁主塔结构，受限于超长附墙拉杆角