特大桥塔机超长附着设计与施工技术

宫玉成，刘尊正

（徐工集团徐州建机工程机械有限公司，江苏 徐州 221000）

1 工程概况

洪奇门超大跨度特大桥系广东省重点工程，桥长1 126m，宽43.2m，双向六车道，主跨520m，桥型为双塔双索面半漂浮体系钢箱斜拉桥，大桥主塔为钻石型混凝土索塔，其建筑效果如图1 所示。

图1 洪奇门特大桥设计效果图

桥塔左右两侧各布置一台徐工XGT600-25S 塔机，如图2 所示，主要用于塔柱钢筋、劲性骨架、钢锚梁、上塔柱施工支架吊装。塔柱底面高程-1.5m，塔顶高程+177.0m，主塔总高度178.5m。塔机中心与主塔结构最大附着距离为19.7m，超过塔机说明书推荐的附着距离范围4.15～8m 的要求，为此对本工程进行超长附着设计计算并制定专项施工方案。

图2 桥塔塔机布置与附着图

2 工程特点与难点

1)复杂 本工程为湖面施工，且施工周期较短。本地属华南沿海台风区，7～10 月多台风。

2)难 对附着杆制造、吊装、现场对接的技术要求较高，同时附着点使用爬锥及高强度螺栓预埋结构形式。

3)异 超出该型号塔机塔机要求的标准附着长度，须对本工程相应的附着进行非标设计及制定专项施工方案。

4)长 最上面一层附着架附着位置距离桥体距离为19.7m，附着杆长度达18.3m。

3 附着杆设计

3.1 附着水平支反力计算

塔机第六道附着高度为141.4m，塔机悬高为40.45m，塔机总高度为181.85m，塔机第六道附着与建筑物的位置、附着形式及附着尺寸见图3。

图3 塔机第六道附着平面图

本工程位于华南沿海台风区，7～10 月多台风。根据《广东省建筑起重机械防御台风安全技术指引》与实际情况制定塔机附着方案，非工作状态10m 高度处的计算风压按1 200Pa 计算，工作状态计算风压按250Pa 计算。

为了准确计算附着杆的内力，计算模型把塔身、附着框和附着杆合成一体进行水平支反力计算，塔身内设交叉杆的平面方型框架进行模拟，四角通过内撑杆与附着框铰接。在塔身最上端标准节的主弦杆节点处，施加上部结构所传递的全部载荷。塔身受到水平支反力及回转扭矩作用，通过计算得出附着支反力见表1。

表1 塔机第六道附着支反力

3.2 附着杆内力计算

第六道超长附着杆为四杆式，四杆体系附着杆计算模型属于一次超静定结构，用力法求解计算各杆内力极值，计算结果见表2。

表2 附着杆轴向力极值（单位:kN）

3.3 附着杆设计

塔机第六道超长附着杆结构采用格构式，附着杆截面设计为500mm×500mm 方形截面，主肢为角钢，缀条角钢焊接在主肢角钢内侧，附着杆两端采用锥形变截面过渡。格构式附着杆制作相对简单，自重轻，成本低，结构整体稳定性好。

附着杆总长度较大，采用模块化组合设计撑杆，各模块采用销轴连接。模块化组合附着杆长度灵活、夹角范围广，工况适应能力强，解决塔机中心距离桥塔远，方案设计繁琐、制作周期长的问题。

附着杆主肢选择角钢∠120×120×10，材质Q355B；缀条采用角钢∠50×50×5，材质Q355B，见图4。

图4 附着杆结构图

3.4 应力计算

根据GB/T13752-2017《塔式起重机设计规范》中5.2 节要求，对于材料σs/σb＞0.7 时，许用应力[σ]=（0.5σs+0.35σb)/ns；对于材料σs/σb≤0.7 时，许用应力[σ]=σs/ns。其中安全系数ns根据GB/T 13752-2017《塔式起重机设计规范》表24 取得，工作状态和非工作状态安全系数分别为1.34 和1.22。材料的许用应力[σ]计算结果见表3，各附着杆在不同工况下的最大应力、长细比计算结果见表4。

表3 材料的许用应力（单位：MPa)

表4 各附着杆在不同工况下的最大应力

经过Pro/E5.0 的Mechanica 模块中进行计算分析，确保附着杆有足够的强度、刚度和稳定性。计算结果表明，在工作状态和非工作状态这两种工况下，各附着杆最大应力均不大于材料允许应力，出现的整体最大Z 向变形9.5mm。各杆件整体稳定性验算通过。对附着杆、附着框以及预埋件进行深化精细化设计，保证附着装置各组件有足够的制造加工精度，提高现场安装便捷性及安装效率。

4 塔机附着施工技术

根据洪奇门特大桥工程项目部要求，为了方便施工，并考虑在施工中不破坏模板，附着点由传统预埋地脚螺栓形式优化为顺塔壁预埋爬锥形式（图5）。预埋爬锥主要由爬锥、高强螺栓、高强螺杆、埋件板等组成。与传统预埋件相比，该预埋结构具有可拆装、可重复使用、易操作、质量和安全性高、不影响建筑物外观等优点。此新技术的应用不仅保护施工模板，也节省模板成本，同时提高安装精度与安装效率，值得推广应用。

图5 预埋爬锥示意图

塔机中心距离桥塔较远，附着杆较长，对安装精度要求高，预埋件需精准定位。可按照施工图纸将预埋爬锥各零部件组装成整体，进行整体预埋。预埋件不得与主筋焊接固定，采用细铁丝将预埋件捆扎在主筋上。预埋件不应突出于砼表面，也不应大于主塔桥体的外形尺寸，预埋件位置偏差应符合要求。锚板开设排气孔（避开爬锥孔位置)，以保证砼浇灌的密实性。

附着杆安装前需复测爬锥的实际位置，检查是否满足图纸设计位置及偏差要求，以保证锚板与埋件系统间有效连接，确保预埋件的整体受力要求。

附着杆与附着框架、连接座，以及附着框架与塔身、内撑杆的连接必须可靠。内撑杆应可靠地将塔身主弦杆预紧，各连接螺栓应紧固好。各调节螺栓调整好后，应将螺母可靠拧紧。开口销应按规定充分张开，运行后应定期检查有否发生松动，并及时进行调整。

5 结语

广东洪奇门特大桥工程工期要求紧，现场情况复杂，塔机附着超长，通过计算分析和实际应用表明，本附着方案合理、可行，所设计的附着方案既解决了附着杆长度过长而引起不稳定的问题，也为超大跨度特大桥塔机超长附着设计与施工积累了宝贵的经验。O