马岗大桥浮吊结构建筑设计方案

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马岗大桥浮吊设计雷志超王宗仁谢云举路桥集团公路二局二处摘要：本文将马岗大桥浮吊设计中的一些问题，包括浮吊的结构构思、计算内容及在施工中出现的一些问题及处理方法。关键词：马岗大桥浮吊设计系杆拱桥钢管拱肋一、工程概况马岗大桥是顺德至番禹线一座特大桥，横跨德胜河，北起顺德市桂洲管区马岗岛，南至顺德大良镇大门管区白石村，大桥全长838.04米，起讫桩号CK1+270.98，终点桩号CK2+109.02，桥面最大纵坡3.0%，横向坡度1.5%，竖向曲线半径6500米。桥跨布置为30m×10+70m+90m+70m+30m×10。设计荷载等级：汽车超—20，挂车—120；设计车速：120km/h。马岗大桥下部结构：桥台基础由10根Æ1.0米的钻孔桩组成，引桥桥墩基础由2根Æ1.8米的钻孔灌注桩组成，引桥桥墩墩身为圆形，直径1.50米；正桥桥墩为门式桥墩，分离式承台，承台最大平面尺寸为4.20×6.20米，每个承台由8根Æ1.20米的钻孔灌注桩组成。马岗大桥上部结构：正桥为3跨钢管混凝土系杆拱桥，两岸引桥为10跨30m预应力混凝土简支T梁，梁高1.9米。马岗大桥正桥为3跨下承式混凝土系杆拱桥，主跨为90m，两边跨都为70m，系杆拱桥类型均为刚性系杆刚性拱桥。主跨系杆拱桥的矢跨比为1/4，边跨矢跨比为1/5。主、边跨钢管拱肋的截面均为哑铃型，钢管拱肋之间的距离为16.0m，其中，主跨钢管拱肋高2.10m，边跨钢管拱肋高1.80m。主边跨系杆拱桥的吊杆均采用91¯5.35钢丝束组成。主跨系杆拱桥共有21对吊杆，边跨系杆拱桥共有16对吊杆，吊杆之间的距离均为4.0米。主边跨钢管拱肋都分为3段进行安装施工，中间段为合龙段。每一跨系杆拱桥的钢管拱肋安装完毕之后再安装拱肋的风撑，风撑形状为“K”字型。钢管拱肋最重的分段吊装重量为21.35吨。二、浮吊结构构造马岗大桥浮吊钢管拱肋采用浮吊进行安装，而从外部租用的浮吊的租金比较贵，在德胜河水系中，马岗大桥上、下游都有大桥，满足马岗大桥钢管混凝土拱肋安装要求的浮吊都要经过一次拆除才能进入工作地点。基于以上的原因，马岗大桥项目部决定采用自己制造浮吊进行安装钢管拱肋。因此对设计要求时间比较紧，浮吊所选用的结构形式要求合理，节约材料。马岗大桥浮吊构造特点：马岗大桥浮吊臂杆为固定式，最佳起吊角度为75°C；为了减少浮吊臂杆自重、起重中心与臂杆轴线偏心矩引起的弯距值，在浮吊臂杆中段加上一道缆风绳；浮吊末段平衡重为30吨。马岗大桥浮吊各部位构件所用的材料为：浮吊臂杆：直径¯53㎝、壁厚d=8mm无缝钢管浮吊臂杆加强槽钢：[20槽钢浮吊缆风立柱：直径¯53㎝、壁厚d=8mm无缝钢管浮吊缆风立柱斜拉钢带：截面为15×1㎝的钢带浮吊的起吊钢丝绳：¯17.5㎜浮吊的缆风钢丝绳：¯17.5㎜浮吊的纵、横向分配梁：工55工字钢浮吊的纵向分配梁横向支撑件：[10槽钢

1浮吊所用工作船：长宽高为28.0×14.0×2.0m，由14个浮箱组成。马岗大桥浮吊的结构形式如下图：马岗大桥浮吊构件特点：浮吊的臂杆：浮吊臂杆采用直径¯53㎝、壁厚d=8mm、并用槽钢加强了的无缝钢管拼装而成，钢管材质为A3钢。每段钢管长5.0米，两端都有一个法兰盘（臂杆末段除外），法兰盘上均匀布有8个¯29㎜的孔径，两段钢管用8个¯27㎜高强螺栓连接。浮吊两臂杆之间的横向联系也一样采用此种类型的无缝钢管，也采用法兰盘的形式进行连接。浮吊臂杆与浮箱连接部位的构造处理：为了加强浮箱的横向刚度及分散浮吊臂杆支撑点及缆风立柱铰接点处局部应力，分别在浮吊臂杆支撑点、缆风立柱铰接点的横向位置各布置2I55的工字钢。为了加强浮箱的纵向刚度及分配臂杆在荷载作用下产生的水平推力，在浮吊臂杆支撑点处并平行浮箱边缘线到立柱横向分配梁之间布置2I55的工字钢，纵向分配梁每隔1.0米左右，在其两侧各焊接一根斜撑。斜撑为[10槽钢。浮吊的起吊系统：马岗大桥浮吊系统使用4门滑车组，钢丝绳直径为¯17.5㎜，导向滑轮组为1个，起重卷扬机：一台，最大卷扬力5吨；背索用2个3门滑车组的调整系统，背索卷扬机：二台，最大卷扬力5吨。浮吊的移动系统：马岗大桥浮吊的移动系统是通过卷扬机卷放钢丝绳进行的，钢丝绳的末段固定在置放在水中的锚碇上，锚碇的重量大约为5.0吨。移动系统的卷扬机分别固定在浮箱船四个边角附近。移动动力卷扬机：四台，最大拉力5吨，分别布置在工作船四个直角位置。一、浮吊内力计算马岗大桥浮吊臂杆的结构及受力情况比较复杂，马岗大桥浮吊臂杆节段通过法兰盘进行连接的。马岗大桥浮吊内力计算主要要考虑两方面的内容：一方面是浮吊臂杆的竖立：浮吊分段的臂杆通过法兰盘连接成整体；在地面上把起重滑车组、起重绳、背索滑车组的全部设置好，这些工作完成之后，将浮吊臂杆竖转到最佳起吊角度；另一方面是浮吊在最佳起吊角度起吊重物时，臂杆及背索的内力计算。（一）、浮吊臂杆竖立，浮吊内力计算：

2浮吊竖转用的缆风绳都是对称布置的，因此在马岗大桥浮吊臂杆的竖转验算中，按照平面杆系进行计算。1、确定缆风绳与竖直平面之间的夹角a；2、求出缆风绳在竖直面内总的拉力T；3、求出缆风绳的拉力T2=T÷（2×COSa）缆风绳有两根，对称布置；4、验算臂杆的强度。5、浮吊工作船前后两端吃水深度。（二）、在起吊重物时，浮吊内力计算：马岗大桥浮吊的起吊重量25.0吨，设计的起吊重量为Q=1.2×25.0+1.50=31.50吨。在式中：1.2——起吊时动荷载系数；1.5吨——滑车、吊钩及钢丝绳的重量。由于加强缆风绳是在浮吊在起吊重物时候，浮吊臂杆在设计荷载、起重绳及臂杆自重等产生的压力及起重中心与臂杆轴线偏心距、臂杆自重等产生的弯距共同作用下的强度计算。在得出的计算结果强度达不到设计强度要求，因此在马岗大桥浮吊臂杆中点处再加上一道加强缆风绳，这加，强缆风绳主要消除臂杆中点处弯距。臂杆加强缆风绳是在臂杆已经竖转到设计最佳起吊角度后才安装。浮吊计算步骤如下：1、设计荷载作用在臂杆上的压力N1：N1=（T*SINA+0.5×Q）×45÷（2H）式中：Q=1.2×25.0+1.50=31.50吨T=（0.5Q·L×D+G×0.5D）÷（L×SINA）其中：G—臂杆自重，L—臂杆长度,为45米。2、起重绳对臂杆的压力N2：N2=Q×K=Q×0.134Q四门动定滑车组加上一个转向滑轮后起重绳的拉力3、臂杆自重产生的压力N3：N3=0.5×G×SINB臂杆中部引起的压力4、荷载及起重绳引起的偏心距M1：M1=｛0.5×Q×SINB+N2｝×ee—起重中心与臂杆轴线的偏心距离5、自重引起弯距M2：M2=1/8×G×SINB6、臂杆的截面特性：（略）7、臂杆强度及稳定性验算：（略）8、利用加强缆风绳使臂杆中部弯距为零，反算加强缆风绳的拉力：9、再次验算臂杆的强度。

3一、工作船荷载能力及稳定性计算马岗大桥浮吊的工作船是由十几个浮箱组成的，吃水深度比较大，船体比较宽大，稳定性比较好。为了使浮吊臂杆在起吊重物或没有起吊重物之时，浮吊工作船前、后端没入水中的深度不超过安全限度。安全限度一般为工作船前后端没入水中时，浮箱顶面距水面的高度要大于50.0㎝及前后端工作船底不致于升出水面而承受反向弯距。为了满足这个要求，一般都要在缆风立柱附近加上压重。（一）、缆风立柱附近压重的计算：在计算压重重量的计算过程中，先求出工作船总的排水量，然后减去工作船总重量、臂杆重量及计算起吊荷载就得工作船压重的重量。（二）、计算浮吊在没有起吊重物之时，浮吊前后端的吃水深度的验算：在计算这部分内容时，首先要计算工作船、臂杆及压重的重量总和，并假设这些重量的总和作用在工作船原来的重心位置，由此求出工作船的吃水深度h；其次，求出工作船、臂杆、压重及其他工作机械的综合重心位置；再次，根据工作船前后端吃水深度h1+h2=2h，工作船吃水面积的重心位置与工作船、臂杆、压重及其他工作机械的综合重心相一致，用这两个条件求出工作船前后两端的吃水深度h1及h2。在验算结果如不符合安全要求，可减少压重的重量。验算工作船前后端吃水深度：h1+h2=2hh2=2h-h1a=｛h1×L2÷2+0.5×（2h-2h1）×L÷3｝/（h×L）求解这二元一次方程式就得出船前后的吃水深度，在式中a、L、h均为已知数据。（三）、计算浮吊在工作的状态下，浮吊前后端的吃水深度的验算：在验算浮吊工作船前后端吃水深度时，首先要计算工作船、臂杆、压重及起吊计算荷载的重量总和，并假设这些重量的总和作用在工作船原来的重心位置，由此求出工作船的吃水深度h；其次，求出工作船、臂杆、压重及起吊计算荷载等重量的综合重心位置；再次，根据工作船前后端吃水深度h3+h4=2h，工作船吃水面积的重心位置与综合重心相一致，用这两个条件求出工作船前后两端的吃水深度h3及h4。这部分的验算如浮吊没有起吊重物之时，工作船前后两端吃水深度的验算方法。

4五、浮吊试吊为了验证马岗大桥浮吊结构的强度、刚度，掌握浮吊结构在实际工作中的变形情况，确保浮吊在施工过程中的安全并消除结构非弹性变形，对浮吊进行试吊试验。加载方法为实物起吊，分级加载。由于在浮吊试吊的工作场地，测量工作不便展开，因此在试吊过程中没有对浮吊进行挠度观测。分成两次加载：第一次为起吊最大重量的50%，第二次为起吊重量的100%。在第一次加载中，浮吊臂杆向下挠度比没有加载之前臂杆的挠度要小；在第二次加载中，浮吊臂杆的挠度方向为向上。据分析产生这方面的原因：起重中心与臂杆轴线偏心距e值比较大；加大缆风绳的拉力对此现况也有较大的作用。六、工作体会马岗大桥浮吊经过安装钢管混凝土拱肋的施工实践证明，马岗大桥浮吊设计是可行的。用浮吊安装钢管拱肋的施工方案具有操作方便、迅速的等点，节省大量的人工及大型机械台班等费用，这种施工方案值得推广。自行设计各种施工机械对本单位来说，可以节约大笔机械租赁费用，又可以从中使积累设计经验。