干溝大橋塔吊電梯一體化連接運行設計研究

徐彬

（中鐵五局集團路橋工程有限責任公司，廣東 廣州 511458）

0 引言

采用超長三鏈桿電梯附著和兩面四桿多鉸電梯附著，將塔吊電梯一體化連接運行使用，有效地解決了干溝大橋0#塊箱梁與下主塔呈環向大懸臂的難題，規避了傳統方案在墩壁上大量預埋和對箱梁結構開孔的缺陷。

1 工程概況

中鐵大道干溝大橋是中鐵貴州國際生態城中鐵大道上的關鍵控制性工程，主橋為長195 m的“蘆笙”造型斜拉橋。其中2#主塔承臺以上墩高87 m，上塔柱塔高41 m，塔柱為實心花瓣截面，共設計14根拉索與7#塊至19#塊的頂板中箱上齒塊相連。主橋箱梁截面形式為單箱三室斜腹板變截面梁，箱梁梁高從9 m漸變至3 m，底板寬度從10 m漸變至15.77 m，頂板寬25 m，翼緣板寬3.5 m。下塔柱55 m處截面為橢圓空心薄壁墩，55～65 m段，其截面從橢圓漸變至橢圓花瓣形狀，65～87 m段，其截面為橢圓花瓣形狀薄壁空心墩，整個塔柱為蘆笙形狀。0#塊箱梁與下塔剛結位置塔截面為（6.6 m×7.8 m）橢圓花瓣，0#塊箱梁與下塔呈環向大懸臂。由于橋梁結構設計受力安全原因不允許在箱梁底板和斜腹板上開孔，導致塔吊和施工電梯安裝必須距離墩身表面7 m以外，給塔吊和施工電梯安裝帶來極大困難。塔吊電梯一體化連接運行設計就在這樣的項目背景下誕生的。

2 塔吊電梯一化方案與傳統方案對比分析研究

傳統的塔吊電梯，無論是在工業民用建筑還是市政橋梁施工中，都是將塔吊電梯分開在不同的部位使用。龍里生態城干溝大橋項目卻成功地設計超長三鏈桿塔吊附著、電梯兩面四桿多鉸附著將塔吊電梯連接作為整體運行。

施工塔吊電梯一體化由主塔預埋耳板、塔吊超長三鏈桿附著、塔吊標準節、電梯附著及電梯籠組成。施工塔吊電梯一體化將首次實現將塔吊電梯連接為一體使用，避免傳統電梯與塔吊分開安裝使用；特別是大型橋梁如果將塔吊電梯分開設計安裝使用，會造成在主塔上大量預埋鋼板，電梯出口通道必須在主橋箱梁底板處預留孔洞。施工塔吊電梯一體化連接運行使用施工工法實現了規避上述缺陷，在安全上有保證，在成本上較經濟。干溝大橋塔吊電梯方案采用傳統思維方式將塔吊電梯分開設計，在設計橋梁結構和電梯附著兩方面的因素導致傳統方案不可行。第一方面原因是橋梁結構為了保證在施工階段的安全不允許在0#塊箱梁底板開孔。第二方面電梯單獨設計只能將電梯出口設計在翼緣板位置，導致電梯附著與其標準節長細比超出規范要求，無法滿足安全使用要求。

對比傳統方案，干溝大橋施工塔吊電梯一體化運行使用有效解決了傳統塔吊電梯必須分開使用，在特殊情況下電梯超長附著與電梯標準節的長細比遠遠不能保證安全，故采用三鏈桿超長塔吊附著，兩面四桿四鉸電梯附著保證了電梯塔吊一體化運行使用的安全。電梯節省了電梯超長附著的材料50 t,故節省材料費、加工費、保養費和安裝拆除費共計57.5萬元。

3 施工塔吊電梯一體化使用的原理

通過在干溝大橋2#下主塔塔身預埋錨固鋼板，采用專業設計的超長附著三鏈桿采用銷軸連接在耳板上，耳板與墩身錨固鋼板采用焊接，超長附著桿采用矩形抱箍抱緊在塔吊標準節上。電梯附著將塔吊標準節與電梯標準節連接形成一整體；特別是電梯附著桿通過2個面4個鉸接實現電梯運行時電梯標準節轉角相對較小，保證了電梯運行安全和舒適度。塔吊超長附著三鏈桿約束塔吊標準節保證了塔吊的運行安全，有效控制了塔吊標準節的橫向擺動。

4 施工塔吊電梯一體化設計

4.1 塔吊超長附著及塔身預埋件設計

塔吊超長附著主梁由雙拼［22加工，橫向連接板采用10 mm厚Q235鋼板，超長附著伸縮端由絲桿與螺母組成，塔吊抱箍耳板，墩身預埋母板與耳板均為20 mm厚Q235鋼板。伸縮端與塔身固定端均采用40 cr銷軸與耳板連接。塔吊每組附著設計成三鏈桿形式。塔吊預埋件見圖1，塔吊超長附著見圖2。

圖1 塔吊預埋件圖

圖2 塔吊超長附著圖

4.2 電梯附著設計

電梯附著通過2面4根附著桿扣死在電梯標準節立柱與橫桿上，采用螺栓將定位框固定在標準節橫桿上。附著桿采用銷軸連接在方鋼抱箍上，方鋼抱箍采用高強螺栓錨固在塔吊標準節上。方鋼抱箍采用100 mm×100 mm×5 mm的Q235方鋼。附著桿為80 mm×5 mm的Q235圓鋼管，定位框為60 mm×60 mm的角鋼，銷軸為25 mm的40Cr，吊耳板為10 mm的Q235鋼板[1,2]。電梯附著見圖3。

圖3 電梯附著圖

4.3 塔吊電梯附著一體化設計

超長附著三鏈桿采用交叉布置方式通過銷軸將附著伸縮、固定端分別與墩身及抱箍耳板連接。電梯附著采用兩面四桿多鉸接在電梯標準節立桿上，電梯附著桿連接在塔吊標準節方鋼抱箍上。其整體設計見圖4。

圖4 整體設計圖

4.4 塔吊電梯附著一體化運行控制分析

塔吊在規定的時間檢查范圍內應定期組織廠家、監理及地方的安全監督部門進行檢查。重點監控超長附著墩身端預埋耳板與母板的焊縫在使用過程中焊縫是否開裂，焊縫防銹漆是否脫落。超長附著固定端、伸縮端母板與耳板焊縫在使用過程中是否有開裂異常，連接銷軸開口銷是否起到限位作用。應檢查塔吊抱箍連接高強螺栓是否有松弛。塔吊每一個標準節的連接螺栓應重新加固，以防塔吊標準節松動出現安全事故。

應在電梯籠上下對電梯標準節進行連接螺栓加固，對電梯標準節齒輪條應進行抹油保養，對防墜系統進行檢修并作防墜試驗。對電梯反扣輪里的軸承應仔細檢查有無斷裂異常。對電梯附著方鋼抱箍的連接螺栓應進行扭緊加固，對附著桿的連接活動扣件按時加固。電梯附著桿耳板、拉板及母板的連接焊縫應進行檢查有無異常。

5 塔吊電梯一體化理論受力計算分析

5.1 理論受力計算的意義

干溝大橋塔吊電梯一體化連接運行使用在國內甚至國外都是極其罕見的，建立塔吊和電梯整體連接模型理論受力分析對塔吊電梯能否安全使用具有重要的意義。通過干溝大橋項目的成功應用，證明了若具備精確的理論受力指導和現場有效的管控制度這兩個關鍵條件，采用塔吊電梯一體化連接運行使用是可行的。

5.2 塔吊電梯受力荷載取值

塔吊配重160 kN，塔帽和大臂總重70 kN，最大吊重60 kN，電梯重20 kN。風荷載按100 a一遇情況考慮，取0.35 kN/m2。塔吊電梯側面積為（1.6+0.73）×100=74.6 m2。故塔吊側面的平均節點荷載為0.39 kN，電梯側面的平均節點荷載為0.089 kN。

其計算荷載組合為：自重+塔吊配重160 kN+塔帽和大臂總重70 kN+最大吊重60 kN+電梯重20 kN＋風荷載[3,4]。

5.3 塔吊電梯一體化整體模型計算

采用Midas Civil計算，建立塔吊空間與平模型。

（1）強度計算

（2）整體穩定性計算

整體穩定性計算各階模態如下，見圖5、圖6。

對應一階模態，最小穩定系數為61，滿足整體穩定性要求[5]。

圖5 一階模態

圖6 二階模態

6 結語

干溝大橋采用塔吊電梯一體化連接運行設計方案，采用電梯三鏈桿超長附著和四桿兩面多鉸的電梯附著將塔吊電梯連接成為一體化運行，又通過精確的理論受力計算和現場有效管理管控，有效地解決了0#段箱梁與下塔呈環向大懸臂的難題，塔吊電梯一體化運用規避了傳統方案中存在墩壁大量預埋和在箱梁結構上開孔的缺陷。通過現場運用證明其方法安全有效地應用在工程項目上，值得類似橋梁工程參考與應用。