塔机非标附着在桥梁施工中的设计与应用

尚立强，汪勇华

（陕西建设机械股份有限公司，陕西 西安 710200）

由于实际施工需要，塔机通常都需要附着，以满足建筑的吊装要求。塔机附着主要目的是为了增加标准节柔度，防止发生失稳破坏，造成安全事故。因此，附着是塔机安全施工的重要节点。通常塔机在设计时会预设数种标准型附着（见图1），但随着建筑物形式、施工环境的不同，这些标准型附着形式很难满足需求。尤其是在桥梁桥墩、电视塔、火电厂冷却塔等高耸结构的建筑施工中，一般都需要进行附着的非标设计。

图1 塔机附着标准类型

以桥梁为例，近年来随着我国基础建设的迅猛发展，跨江、跨海、跨山的各种桥梁建设走在了全球前列。大型塔机在桥梁建设中的应用也越发广泛，其中以在斜拉桥中的应用最为常见［1］。由于桥梁的主墩高度较高且受墩身截面收缩或者尺寸偏小等各因素的影响，塔机的标准型附着很难实施。尤其是在跨海大桥项目中，需要在同一主墩承台上协调安装塔机和施工电梯，往往会对塔机附着造成更加不利的附着角度。因此，如图1所示的标准型附着几乎没有使用的可能。为解决这一问题，塔机附着的非标设计就势在必行。

本文结合几个典型的施工案例探讨塔机附着非标设计的几种类型，并以平潭海峡公铁两用大桥中某一主塔施工为例，说明在该种类型的非标设计时应注意的问题与难点及其解决方法。

1 非标准型附着形式

一般来说，塔机施工需要的非标附着主要有6类，见表1。

应注意，上述几种类型除Ⅵ型软附着不在桥梁附着施工中出现，其他几型都有发生，而且并非单一，有时会出现数种叠加。例如，一般位置不佳同时包含附着距离远、附着角度小等工况，在施工时应充分考虑。塔机在桥梁施工中，既要满足狭小空间内施工电梯的合理布置和方便人员的上落与安全问题，又要兼顾在桥墩施工后期斜拉索布置的平立面空间需求与塔机的降节拆除空间矛盾等各种诉求，非标附着的应用为同类工程作出示范性的应对措施。

表1 非标附着类型及解决方案

本文通过平潭公铁两用大桥的塔机附着方案，具体介绍这种非标附着在实际施工中的应用。大桥桥墩塔高205m，为“H”型混凝土结构。塔柱纵向尺寸由塔顶9m按线性增加到塔底15m，横向尺寸为6～10m，其整体宽度不满足塔机正常附着点所需要的拉杆角度。工程区域为典型的海洋性季风气候，施工中需考虑日常风速及夏季台风的影响［2］。

2 非标附着设计的工程应用实例

2.1 塔机附着布置

大桥主塔采用2台D1100-63塔机，一高一矮沿对角对称布置。其中较高的1#塔机最大高度231.7m，设置5道附着；较矮的2#塔机最大高度214.6m，设置4道附着。塔机附着布置参数如表2所示。塔机附着的平面和立面示意图分别如图2和图3所示。

表2 塔机附着布置参数

图2 非标附着平面布置

图3 非标附着立面布置

2.2 非标附着设计概述

本文中非标附着结构包括塔机附着杆件、附着杆端连接、结构端附着预埋件、塔机端附着装置等四大部件［3］。附着杆均采用φ450×14mm无缝钢管，材质为Q345B，每道附着共4根附着杆；附着杆两端分别与塔机附着框、塔机预埋件通过φ130mm销轴连接，销轴材质为40Cr；埋件结构由耳板结构、钢棒及精轧螺纹钢筋组成。其中耳板结构由材质Q345B钢板焊接而成；钢棒采用φ120mm（φ80mm）材质Q345B钢棒；精轧螺纹钢筋采用φ40mm、PSB1080精轧螺纹钢筋。各材料强度标准如表3所示［4］。

工作状态风荷载：按作业面8级风考虑，计算风速按Vs=28.3m/s取值；非工作状态风荷载：基本风速［5］按10m高度10年一遇10min时距平均风速Vp=36.7m/s取值，阵风系数取1.3，风压高度变化系数计算时幂指数按0.1取值，即（h/10）0.1。

表3 材料强度标准表

塔机D1100-63臂长60m，独立高度为77m，塔 机头部荷载如表4所示。

表4 塔机头部荷载表

2.3 非标附着的计算

由于桥梁所处海域气象复杂，每道附着均需涉及两塔机的各种工况及360。回转的所有综合情况，结合福建气候中心所在海域专题报告提供的相关力学数据，通过Midas有限元程序建立平面模型。附着杆件采用2D梁单元模拟，塔机附着框采用较大刚度刚体模拟，附着杆件与主塔连接端按铰接约束模拟吊附着处反力施加到附着框上。有限元模型如图4所示。其中风荷载按照45°梯度加载。经过数据分析比对，所有附着中最不利的极值情况均为非工作状况下，简化为表5。其中正值为轴压力，负值为轴拉力。

图4 有限元模型

表5 拉杆荷载表

2.4 附着杆的复核计算

主肢选材均采用φ450×14mm无缝钢管，材质为Q345B。其物理特性参数如表6所示。

表6 φ450×14mm无缝钢管参数表

3 结束语

通过上述施工实例，可以看出在桥墩类高耸结构的塔机施工中，非标附着的使用是不可避免的。它能有效解决现场施工空间小、附着位置不足等多方面的限制。但是也应注意到，非标附着设计存在一定的风险，在设计时应予以足够的重视。尤其设计附着的平面、立面布置以及附着拉杆与节点等细节时，应充分考虑施工实际工况，按照规范严格施工，确保不出现安全事故。