超大重型設(shè)備吊運(yùn)平衡架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陸世華 霍博義

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司長興分公司

1 引言

吊運(yùn)平衡架是一種用于起吊大型構(gòu)件的吊具，被廣泛應(yīng)用在大型物體運(yùn)輸過程、建筑工程安裝、大型橋面梁分段現(xiàn)場拼接等作業(yè)工況[1-2]。使用吊運(yùn)平衡架可以使被吊裝構(gòu)件在抬吊過程中合理受力，避免因構(gòu)件產(chǎn)生超負(fù)荷的屈服拉壓力，使被吊裝構(gòu)件局部彎曲變形，進(jìn)而造成設(shè)備損壞以及人身傷亡事故的發(fā)生。文獻(xiàn)[3-5]均基于ANSYS對單根平衡吊梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化、有限元分析，保證了單根吊運(yùn)平衡架在各種工作狀況下具有足夠的強(qiáng)度和剛度，滿足工程實(shí)際使用要求，為超大重型設(shè)備吊運(yùn)平衡架的設(shè)計(jì)提供了理論參考。文獻(xiàn)[6]介紹了自制吊架制作工藝、構(gòu)件吊裝施工工藝及其要點(diǎn)。通過工程施工實(shí)例，為建筑施工企業(yè)克服施工機(jī)械不足、完成高難工程施工探索了新途徑。

在上海振華重工所承建的舊金山——奧克蘭新海灣大橋項(xiàng)目中，橋面鋼箱梁大分段制造完成后需船運(yùn)至橋址安裝現(xiàn)場進(jìn)行安裝。橋面鋼箱梁分段裝船和卸船需要采用大型起重設(shè)備吊運(yùn)。舊金山——奧克蘭新海灣大橋橋面鋼箱梁分段梁長度在19～70 m范圍內(nèi)不等，重量在900～1 750 t范圍內(nèi)不等[7]。由于橋面鋼箱梁尺寸規(guī)格、重量不一，如采用單根吊梁，需要根據(jù)鋼箱梁吊裝段長度，制作多根吊梁。吊裝作業(yè)過程中，需根據(jù)待吊裝箱梁的尺寸，頻繁更換吊梁，大大降低施工效率，增加施工成本；如果簡單地將單根吊梁組合使用，會(huì)降低吊裝穩(wěn)定性，增加安全隱患。大重型設(shè)備的起吊安裝通常使用專用吊具，由于設(shè)備的重量極大，作業(yè)時(shí)的安全性要求很高，因此吊具結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)及優(yōu)化便成為關(guān)鍵。另外，在吊裝過程中，為了保持被吊構(gòu)件的平衡，合理分配、平衡各吊點(diǎn)的荷載，減少起重設(shè)備承受的偏載，設(shè)計(jì)制作合適的吊運(yùn)平衡架至關(guān)重要。

2 設(shè)計(jì)理念

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)工程師基于橋址現(xiàn)場租賃的單主鉤浮式起重機(jī)參數(shù)和橋面鋼箱梁分段的規(guī)格、重量，設(shè)計(jì)了單施力點(diǎn)、多受力點(diǎn)的吊運(yùn)平衡架。這種吊運(yùn)平衡架存在單吊點(diǎn)不易起吊平衡、自重大的缺點(diǎn)。施工過程中，需要根據(jù)不同吊裝段重心位置，通過調(diào)節(jié)吊架來調(diào)整上側(cè)機(jī)架與下側(cè)橫梁的相對位置，確保起重機(jī)械吊鉤中心與待吊構(gòu)件重心位于同一垂線上，施工作業(yè)工序繁瑣、作業(yè)強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率低。

上海振華重工自有的1 000 t、1 300 t、1 600 t、5 000 t等固定臂架浮式起重船，均有2個(gè)主吊鉤、1個(gè)副吊鉤，施工作業(yè)時(shí)2只主吊鉤和副鉤可協(xié)同作業(yè)。基于浮式起重船的雙吊鉤可協(xié)同作業(yè)的優(yōu)勢條件設(shè)計(jì)的一種用于超大重型設(shè)備的多施力點(diǎn)、多受力點(diǎn)吊運(yùn)平衡架，具備起吊平衡性好、自重小、吊點(diǎn)距離可調(diào)、可滿足抬吊不同規(guī)格構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)，提高了大型構(gòu)件吊裝效率和吊裝的穩(wěn)定性，同時(shí)避免了吊梁選型和設(shè)備偏載造成安全風(fēng)險(xiǎn)的問題。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

超大重型設(shè)備吊運(yùn)平衡架主要由主橫梁、撐管、斜拉桿、節(jié)點(diǎn)板、雙滑輪機(jī)構(gòu)、單滑輪機(jī)構(gòu)、卸扣、吊點(diǎn)、鋼絲繩等構(gòu)件組成。

3.1 吊運(yùn)平衡架主體結(jié)構(gòu)

吊運(yùn)平衡架主體結(jié)構(gòu)由主梁、上下吊點(diǎn)、撐管、斜拉桿、節(jié)點(diǎn)板組成(見圖1)。

1.上部吊點(diǎn) 2.主梁 3.下部吊點(diǎn) 4.撐管 5.節(jié)點(diǎn)板 6.斜拉桿圖1 平衡架主體結(jié)構(gòu)

吊運(yùn)平衡架設(shè)計(jì)吊重2 000 t，主梁長度22.6 m，兩根主梁間開檔尺寸為8.4 m。每根主梁上方設(shè)置4組吊點(diǎn)，下方設(shè)置6組吊點(diǎn)。單組吊點(diǎn)設(shè)計(jì)承載300 t。主梁選用材質(zhì)為A709-50-2，規(guī)格為1 250 mm×680 mm×38 mm×50 mm(h×b×tw×t)的H型鋼制成。主梁上、下吊點(diǎn)區(qū)域腹板與翼板的焊縫采用100%熔透焊接，其余位置腹板與翼板采用坡口深度12 mm雙面對稱部分熔透焊接，主梁腹板兩側(cè)長度方向上均勻布置多個(gè)加強(qiáng)筋板，增加上、下吊點(diǎn)之間力的傳遞和主梁的穩(wěn)定性。撐桿選用材質(zhì)為Q345D，規(guī)格為400 mm×400 mm×14 mm的方管，2根撐管垂直于吊運(yùn)平衡架的方向布置，撐管兩端裝有法蘭與主梁法蘭采用螺栓聯(lián)接。斜拉桿選用材質(zhì)為Q345D，規(guī)格?152 mm×10 mm的無縫鋼管，4根斜拉桿交叉放置，交叉點(diǎn)以及斜拉桿與吊運(yùn)平衡架的銜接處通過節(jié)點(diǎn)板焊接而成。吊點(diǎn)安裝在吊運(yùn)平衡架主梁的上端和下端與主梁腹板對筋，采用100%全熔透焊接與主梁連接，吊點(diǎn)分為單孔、雙孔、三孔吊點(diǎn)，吊點(diǎn)布設(shè)間距視待吊箱梁而定，這樣有利于合理布置索具，實(shí)現(xiàn)吊裝不同噸位箱梁。

3.2 下部起吊結(jié)構(gòu)

下部起吊結(jié)構(gòu)用于連接平衡架和待吊箱體，由吊叉、雙滑輪機(jī)構(gòu)組件、單滑輪機(jī)構(gòu)組件、鋼絲繩組成(見圖2)。吊叉下端與單、雙滑輪機(jī)構(gòu)聯(lián)接，上端根據(jù)待吊運(yùn)箱梁上吊點(diǎn)分布情況，采用銷軸與吊運(yùn)架下部對應(yīng)吊點(diǎn)連接。雙滑輪機(jī)構(gòu)組件(包含滑輪聯(lián)板、鋼絲繩)、單滑輪機(jī)構(gòu)與吊叉采用銷軸連接，雙滑輪機(jī)構(gòu)、單滑輪機(jī)構(gòu)通過鋼絲繩與待吊箱體連接，鋼絲繩兩端與待吊箱體上的吊點(diǎn)通過卸扣連接。鋼絲繩在滑輪上可以自由滑動(dòng)，使待吊箱體自適應(yīng)平衡，避免箱梁上吊點(diǎn)超載和設(shè)備偏載，大大提高了吊裝穩(wěn)定性。

1.吊叉 2.雙滑輪機(jī)構(gòu) 3.鋼絲繩 4.單滑輪機(jī)構(gòu) 5.待吊箱體圖2 下部起吊結(jié)構(gòu)

3.3 上部起吊結(jié)構(gòu)

上部起吊結(jié)構(gòu)將平衡架與起重機(jī)相連，由起重機(jī)雙主鉤、卸扣、鋼絲繩、單臂吊梁組成(見圖3)。2根主橫梁上部吊點(diǎn)1及吊點(diǎn)2通過下部鋼絲繩、卸扣分別與單臂吊梁1、2連接，單臂吊梁1、2通過上部鋼絲繩環(huán)與主鉤1相連；主梁上的吊點(diǎn)3及吊點(diǎn)4通過下部鋼絲繩、卸扣與單臂吊梁3、4連接，單臂吊梁3、4通過鋼絲繩環(huán)與主鉤2相連。

1.主吊鉤1 2.主吊鉤2 3.單臂吊梁1 4.單臂吊梁2 5.單臂吊梁3 6.單臂吊梁4 7.上部鋼絲繩環(huán) 8.下部鋼絲繩圖3 上部起吊結(jié)構(gòu)

4 吊裝工藝

舊金山——奧克蘭海灣大橋鋼結(jié)構(gòu)橋面梁分段吊裝作業(yè)，采用非對稱平衡載荷吊裝技術(shù)。在橋面梁長度方向上非對稱布設(shè)4個(gè)吊點(diǎn)，寬度方向?qū)ΨQ布設(shè)2排吊點(diǎn)。首先根據(jù)待吊運(yùn)橋面梁吊裝段的規(guī)格、重心、橋面梁頂板上吊點(diǎn)位置分布情況，確定吊運(yùn)平衡架的方向，并在吊運(yùn)平衡架下部吊點(diǎn)的對應(yīng)位置上安裝吊叉和滑輪組機(jī)構(gòu)。吊運(yùn)平衡架下部準(zhǔn)備好后，浮式起重船主鉤下降至距地面50 cm處，在主鉤頭1上掛2根上部鋼絲繩環(huán)，2根鋼絲繩環(huán)下端通過卸扣分別與單臂吊梁1和單臂吊梁2上方吊點(diǎn)連接。單臂吊梁1和2下方吊點(diǎn)采用卸扣與下部鋼絲繩連接，鋼絲繩下端與吊運(yùn)平衡架上部吊點(diǎn)1和吊點(diǎn)2連接。采取同樣的順序完成起重機(jī)主鉤頭2與單臂吊梁、吊運(yùn)平衡架及橋面鋼箱梁連接。

5 結(jié)語

超大重型設(shè)備吊運(yùn)平衡架在美國舊金山——奧克蘭海灣大橋、蘇格蘭福斯鋼橋等項(xiàng)目的大節(jié)段箱梁吊裝作業(yè)中得到了很好的推廣應(yīng)用。現(xiàn)場施工效果表明，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕巧，便于操作，可適用于大型浮式起重機(jī)、門式起重機(jī)等各型吊裝設(shè)備；可避免吊梁選型、設(shè)備偏載等問題，實(shí)現(xiàn)不同噸位的箱梁吊裝；安全性高，節(jié)時(shí)省力，有效提高工作效率。