海南洋浦大桥桥面吊机设计技术研究

贾定强，贺恩明，夏宇

（重庆建工城建集团，重庆 401122）

1 工程概况

海南洋浦大桥位于我国海南岛西北角洋浦经济开发区，横跨白马井海峡，主桥为主跨460m双塔双索面混合式结合梁斜拉桥，两侧边跨58.5+63+58.5m为混凝土边主梁，其中中跨440m为工字型钢梁；引桥为整幅桥展翅箱梁。

大桥两侧混凝土边主梁190m均划分为0-6#共7个节段，中跨440工字型钢梁共划分Z0-Z19共37个节段，边主梁和钢混结合段（Z0钢梁）在托架上施工，Z1-Z19则采用桥面吊机进行吊装施工。其中Z1钢梁长8m，Z2-Z18钢梁均长12m，跨中合拢段Z19钢梁长4m，Z2节段最重，达146t。工字梁上设置预制板，安装后浇筑湿接缝形成钢混结合梁，其预制混凝土桥面板厚27cm，长14m，宽3.4m，重约35.36t，一个12m标准节段工字钢结合梁共需6片预制混凝土桥面板。

2 工程特点

（1）该桥是跨海湾特大桥，受台风及季风影响较大，主梁节段安装施工存在安全风险。

（2）洋浦海湾海上交通繁忙，严禁高空坠物，并且尽量少占航道。

（3）大桥建设工期紧，需采取有效措施，达到在保证安全和质量的前提下加快施工进度的目的。

（4）该工程为施工单位的远征工程，人、材、机均为长距离运输。

3 桥面吊机的选型

工字钢梁的节段安装，可采用的施工方法有浮吊、桥面上吊装。由于海南洋浦大桥是跨洋浦海湾的特大桥，若采用浮吊，将大面积占用航道，对繁忙的海上交通带来较大的影响，同时租赁大吨位的浮船吊机，租金也较昂贵，因而选择桥面上安装吊机方案。而桥面上安装桥面吊机，又有成型吊机和自制吊装设备两种方案。若采用成型吊机，因工字型钢主梁的两主梁距离相距较大，需在内外海各设置一台吊机实施对抬，以减小钢主梁的挠度变形，整个大桥共需4台成型吊机，设备成本亦较高，若采用旋转吊机对主梁悬拼安装，则工期长，对桥下海域通航影响较大，因而采用自制桥面吊机方案，对12m长工字钢梁整节段吊装，既保证了工字钢梁拼装质量和施工安全，还减小对海上航道影响，缩短了工期，同时节约了施工成本。

4 桥面吊机需解决的问题

（1）因钢主梁的连接是高强螺栓群锚，每节段连接螺栓多达约1340个，同时为方便节段的拼装，将拼装板安装在节段前端。这样一来，对节段的对位要求特别高，需要桥面吊机具有高程、平面纵、横向及入梁角度微调能力，以解决工字钢梁对位问题。

（2）该大桥受台风及季风影响，风载作用下的整体稳定性需有足够的安全保证，需解决桥面吊机倾覆、侧翻失稳的问题。

（3）钢主梁安装完成后，还需安装预制桥面板，桥面板较重，且通过海上驳船运至桥下，需解决长悬臂吊装桥面板的问题。

（4）由于调整了原设计架设顺序，由一个节段为周期调整为两个节段为一个周期（经业主、设计、监控认可），桥面吊机在使用的一个周期内，存在一节段桥面板未浇筑湿接缝和预应力未张拉的情况，需解决桥面吊机过预制桥面板问题。

（5）由于桥面板上有多束纵向预应力束，最小间距为60cm，需解决支承位置与预应力管道或预应力连接器的位置冲突。

5 桥面吊机的设计情况

桥面吊机包括桥架主体结构、行走系统、前起吊系统、中支撑系统、后锚固系统、配重系统、安全系统以及天车系统（主要用于桥面板的吊装）等部分。

主体结构采用标准贝雷梁组装（组拼方便），设两条纵梁，两纵梁中心距22.51m，长约42m，高3m，每条纵梁横向布置6个贝雷片，主纵梁前后端设置型钢横联，以增强吊机的整体稳定性。主体行走采用轮箱平车（共四个平车）和千斤顶牵拉。对于中支撑，为防止轮箱受力过大而爆胎，影响吊装施工，故设置型钢支撑，底部采取设置型钢作垫墩，留出预应力空间，型钢垫墩底面与钢主梁采取焊接，上方与钢板组焊的支墩采取多螺栓连接，承担钢梁吊装时的竖向荷载，并将荷载传至已安装好的钢梁上，保证其有足够的稳定性。为保证桥面吊机能安全在未浇筑湿接缝的节段上通过，采取在轨道下加装型钢分配梁，跨越桥面板，支撑在钢主梁的横梁上。

工字钢结合梁的起吊，共设4个吊点，采用设置在桥面吊机后端的4台10t卷扬机作为起吊动力，用卷场机+钢丝绳+滑车作提升，用卷扬机的点刹实现梁体的高程调整；同时在前端起吊位置的横梁下设置型钢拖子，用千斤顶牵引实现梁体的纵向移位；并在横梁顶面上设置双向顶推反力架，用2台丝顶顶推吊具，实现梁体的横向移位。工字钢结合梁上设置吊耳，与滑车组通过销子连接。

桥面吊机天车系统主要用于预制混凝土桥面板的吊装安装，天车桁架仍采用贝雷片组拼，天车的行走采用自带动力的轮箱行走，在主桁架顶面分配梁的轨道上实现纵向移动，下设电动葫芦，作为桥面板桥起吊动力，并可横向移动，以便预制桥面板安装。

桥面吊机吊装工字钢结合梁和桥面板时，为防止桥面吊机倾覆失稳，影响吊装施工，故设置后锚和在桥面吊机后端设置配重，同时还在桥面吊机尾部设施工安全绳。反锚力通过吊杆传给已安装好的工字钢结合梁上。配重的设置，确保桥面吊机行走时抗倾覆系数大于1.5。

另外，在桥面吊机贝雷梁主桁前端距索孔1.5m处设置旋转三角架，用以解决斜拉索索头安装，在桥面吊机行走时收折三角架，防止其碰撞已安装好的斜拉索，在需安装斜拉索时展开三角架安装斜拉索索头。

桥面吊机的设计构造见图1～图4。

图1 吊梁立面布置示意图

图2 吊梁断面布置示意图

图3 吊板立面布置示意图

图4 吊板断面布置示意图

6 桥面吊机模型计算情况

6.1 计算假定及计算模型

桥面吊机的受力计算采用有限元计算软件MIDAS按空间结构1:1建模进行计算，其基本假定如下:

①机体部分由计算软件自动计入自重，自重系数取1.05。

②吊机其他部分，按分布形式，以集中荷载或均布荷载方式加入。

③其他部分与机体之间采用弹性连接或刚性连接。

④贝雷片为梁单元结构，支撑架为桁架单元，其他部分为梁单元。

⑤支承的边界条件无转动自由度

MIDAS建模计算模型如图5。

6.2 计算工况

桥面吊机受力分析考虑了以下几种控制工况:

①桥面吊机行走。

②桥面吊机吊装工字钢结合梁。

③桥面吊机吊装预制混凝土桥面板。

④桥面吊机安装预制混凝土桥面板（考虑桥面吊机偏心受力）。

6.3 荷载组合与计算结果

为保证桥吊机的使用安全，在计算时，荷载组合按恒载×1.2+活载×1.4，其计算结果如表1。

经计算，桥面吊机在各工况下，主要受力部位应力、变形均满足规范要求。

6.4 抗风计算及抗风措施

按设计给出风况，桥位施工区域受季风影响，冬半年多ENE和NE风，夏半年多SW及SSW风，常风向ENE，次常风向NE，频率风别为22.3%、18.1%。强风向SW，热带风暴和台风平均影响3～4次。实测最大风速:32.3m/s，10年一遇设计风速:37.6m/s。

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.7计算桥面吊机所受风荷载:

根据现场情况及计算风力大小，桥面吊机在遭遇大风暴雨等不良天气状况时，停止桥面吊机所有操作，并做好桥面吊机抗风措施:

（1）行走轮箱采用木楔楔死，行走钢绞线索死行走轮箱。（2）安装中支撑、后锚、安全绳及前端临时支撑。（3）天车行走至中支撑处，采用5t链条葫芦锁死。

图5 MIDAS建模计算模型图

表1 计算结果

（4）在中支撑、后锚、及前端临时支撑处，采用6个10t链条葫芦将主桁贝雷梁与钢梁连接，抵抗大风影响。

7 结语

目前，该桥面吊机已成功起吊安装工字钢结合梁及预制桥面板。实践证明，桥面吊机采用贝雷梁作为桥面吊机受力主体结构，通过对结构细部进行优化设计，能实现大吨位节段的整体吊装和精确定位。贝雷梁拆装方便，可周转使用，在保证安全和钢梁安装质量的前提下，加快了施工进度，赢得了大桥建设各方的一致好评，给施工单位带来了较大的经济效益和社会效益。

[1]中交公路规划设计院.JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范[S].北京:人民交通出版社，2004.

[2]中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社，2011.

[3]中华人民共和国建设部.GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国标准出版社，2004.

[4]国家质量监督检验检疫.GB3811-2008起重机设计规范[S].北京:中国标准出版社，2008.

[5]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京:科学出版社，2005.

[6]中交二航局第二工程有限公司.桥面吊机在混合梁斜拉桥起始段钢箱梁吊装中的创新应用[J].公路交通技术，2012（3）.