斜塔空间扭索斜拉桥塔吊布置及附着设计理工科技论文.doc

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斜塔空间扭索斜拉桥塔吊布置及附着设计_理工科技论文摘要：塔吊是斜拉桥索塔施工中必不可少的重要起重设备，其一般通过附着在已完成的塔柱上进行吊装作业。对于双向倾斜索塔的斜拉桥附着难度很大。文章结合承德滨河新城三纬路跨滦河特大桥的工程实例，详细论述了斜塔空间扭索斜拉桥这一特殊桥型索塔施工中塔吊附着的设计思路及设计形式。

关键词：斜塔空间扭索斜拉桥；塔吊附着设计；塔吊选型；特殊桥型；塔吊布置斜拉桥索塔有门形、独柱形、钻石形、A形、H形、倒V形、Y形、倒Y形等多种形式，对于竖直塔而言，塔吊可以方便地在塔柱上附着，而对于倾斜的索塔，尤其是倾斜的A形、V形、Y形等索塔，其塔柱呈现两个方向的倾斜，给塔吊的附着设计造成了很大难度。承德滨河新城三纬路跨滦河特大桥即为一座斜塔空间编花扭索设计的异形斜拉桥。

1工程概况承德滨河新城三纬路跨滦河特大桥为一座斜塔空间编花扭索设计的异形斜拉桥，大桥由主桥和引桥组成，主桥采用斜塔空间扭索双索面斜拉桥方案，跨越滦河，主梁为主跨158.485m的钢砼组合结构。主塔为A字型斜塔，向边跨侧倾斜75°，桥面以上主塔高107.1m。桥梁3d模型图如图1左所示：图1桥梁3d模型图及2#主墩结构平面图主塔下塔柱采用实心矩形断面，高10.37m，中塔柱为两肢，均采用薄壁箱形断面，为拉索锚固区，塔轴线顺桥向夹角为75°，横桥向夹角为82.3°。索塔截面自根部线性渐变至主塔汇合处，上塔柱为单肢。索塔采用C50混凝土现浇。主塔下部为24.0×14.0×5.0mC30钢筋混凝土承台。

2塔吊选型和布置位置的选择为了选择合适的塔吊型号和布置的位置，必须综合考虑各种因素，既能满足主塔施工的要求，又方便塔吊的附着，方便塔吊基础的处理。主塔附近各结构位置关系如图1右边所示。主塔水平投影尺寸，顺桥向为39.1m，横桥向为36m，中线顺桥向偏移达29.3m，不利于塔吊附着的设计。由于主塔倾斜的原因，主塔施工过程中，必须张拉斜拉索，即塔吊拆除时必须考虑斜拉索的影响。综合以上因素，只能选择在主塔的上下游其中一侧布置塔吊。由于2#墩位于河道内，汛期河流冲刷严重，不利于塔吊基础的设计，故选择2#承台兼作塔吊基础，能完全满足塔吊基础的受力及稳定性要求。

根据索塔施工中钢筋、模板、爬架、混凝土、机械设备等吊装的重量和高度的需要，综合考虑各种因素，选定了QTZ250（TC7525-16D）型号的塔吊。该型号塔吊最大起吊高度240.3m，平衡臂长度20m，起重臂长度最长可达75m，端头能起吊2.5t，根部最大起重16t。根据工程及现场条件，我们选装起重臂长45m，二倍索起重，36.7m范围内起重量为8t，端头起重量6.3t，能完全满足起重要求。起吊高度126m即可满足施工需要。

3塔吊附着的设计3.1塔吊附着位置及间距的确定根据塔吊说明书，本工程塔吊架立高度只需要设置3道附着，即42m高度、69m高度和96m高度各设置一道附着，相邻附着之间为9个标准节。

主塔施工采用液压自爬模工艺，为了不影响爬模的爬升作业，塔吊只能附着在液压爬架以下已浇筑完成的主塔上。塔吊说明书中规定，当工作高度h≤100m时，最上一道附着以上塔吊自由高度h0≤39.3m，即标准节数n0≤13（每个标准节段高3m），当工作高度h≤100m时，自由高度减少一个标准节，即h0≤36.3m，标准节数n0≤12。

由于爬架本身高度为15.4m，如在这种情况下，上面还能满足施工要求，爬架以上自由高度还需要达到8m左右，塔吊浇筑节段高度4.5m。那么最上一道附着至爬架下平面的高度H要满足：H≤39.3-15.4-7.2=16.7m，即相邻两道附着之间的距离不能大于5个标准节段。如果考虑爬升后不施工，先顶升塔吊，则相邻两道附着之间的距离不能大于7个节段，而附着位置还需要正好位于爬架下方。对于工作高度大于100m时，还需要减少一个标准节段。所以本工程中，塔吊附着还需要根据爬架高度及浇筑节段具体划分等设计。最终确定了五道附着的方案，附着位置分别位于第6、第13、第18、第23、第27标准节段的中间。

3.2塔吊附着构件的设计根据工程实际，塔吊只能附着于塔柱上，塔柱的每一肢均为双向倾斜的结构，随着塔吊工作高度的提升，塔吊将从位于塔柱的右方逐渐变化到塔柱的左方。而且二者之间的距离也越来越远，尤其是第四和第五道附着，这无疑给塔吊附着的设计带来极大的难度。标准的撑杆不能满足本工程的需要，需要特别制作，本工程即采用直径为273mm，壁厚为7mm的圆管作为撑杆主受力构件，一端直接焊接耳板，一端通过调节螺杆连接另一个耳板。塔吊只有在第十三标准节处可以直接通过撑杆与塔柱进行附着固定，而其他四个标准节段处均不能直接通过撑杆进行附着。根据塔吊附着中撑杆的布置要求，最少要有三道撑杆与建筑物相连，并且其中两道撑杆的附着点必须在塔吊内侧面以外的左右两侧，所以必须从塔柱混凝土上引出新的锚固点。普通的做法是采用花梁形式，但本工程中，有些附着距离实在太远，故从受力上和方便取材上，采用工字钢预制焊接成桁架梁形式，再整体吊装焊接到塔柱上的预埋钢板上，作为撑杆的附着点。

考虑与爬架相对关系和斜拉索空间位置的影响，第6标准节、第13标准节、第18标准节、第23标准节和第27标准节的附着设计越来越难，均需要一一设计验算。

塔吊的工字钢桁架梁附着体系必须经过精确的计算，并根据每次计算结果逐渐调整完善，使各部位受力合理，并尽量节约材料，保证塔吊在最不利荷载和最不利工况下的安全，并预留足够的安全系数。撑杆计算复核时，必须考虑自重的影响，因为越长的撑杆，自重影响越大，故撑杆不宜设计太长，这就要求工字钢桁架梁体系必须提供离塔吊更近的锚固点。但锚固点离塔柱越远，其稳定性就越不好保证，故要综合考虑各种因素，包括斜拉索位置是否冲突等确定最终的锚固附着体系。在地面上提前把工字钢桁架梁体系焊接完成，待满足条件后，直接吊装就位。焊接桁架梁结构时，必须切割出与塔柱预埋板相连的斜切口，以方便就位焊接。借助autocad三维操作，可以很好地完成该斜切口尺寸的确定。

4结语基于斜塔空间扭索斜拉桥这一特殊桥型的因素，塔吊位置的选择既兼顾了利用现有承台作为基础，又充分考虑了塔吊的附着和使用需要。塔吊附着间距及每道附着的具体位置，既考虑了爬架整体高度的影响，又考虑了爬模前后工况的影响，尽量减小了塔吊附着和顶升作业对塔柱施工的影响。通过本文对塔吊附着体系设计的研究，为以后斜塔空间扭索斜拉桥塔吊的布置及附着提供了有力的参考。