施工设备技术改造

1 第十篇 特种工程机械 第四十三章 施工设备技术改造 在实际的工程施工中，往往会涉及到设备的技术改造，通过改造挖潜从而提高设备原有的性能甚至用途等。 一般来说，施工设备的技术改造总是以施工需要为根本，施工方案的制定也总是以企业设备装备（包含技术改造）能力为前提，也就是说，施工方案的制定以公司自有设备和技术改造为前提条件，施工方案的研讨始终同施工用设备改造的研讨密切配合，二者同步进行，机械技术方面人员始终参与施工方案的研讨，所以施工方案确定了，施工设备改造的技术问题也就随之而来。 施工设备技术改造的工程实例中不乏经典之作，本章则着重介绍起重设备的技术改造。

第一节 塔机改造为高架龙门吊的技术

为解决上海杨浦大桥浦西主引桥130t“T”形梁的吊装任务，上海市机械施工公司利用TQ60/80塔式起重机的塔身和六四式军用钢梁，自行设计改装成为结构吊装施工用的GJ70高架龙门吊。 一、高架龙门吊的技术改造要求 （一）GJ70高架龙门吊的技术性能参数 GJ70高架龙门吊的主要性能参数见表43-1。 表43-1 GJ70高架龙门吊的技术性能参数 额定起重量（t） 70 有效起升高度（m） 47

跨距 两侧支腿中心（m） 32.48 内侧钢轨中心（m） 28.28 外侧钢轨中心（m） 36.68 起升速度（m/min） 4 大车行走速度（m/min） 17.5 小车行走速度（m/min） 5.5 整机工作重量（不包括吊重）（t） 323 （二）GJ70高架龙门吊的结构形式及特点 1．结构形式 GJ70高架龙门吊主要由两侧的支腿和上部的双梁式主梁构成。 龙门吊的每一侧支腿由2台TQ60/80塔吊的高塔塔身组成（去除顶部三大件：塔顶、起重臂、平衡臂）。因此，每侧支腿下有两条钢轨。 龙门吊的主梁用六四式军用钢梁经改造而成。 起升机构由两台5t快速电动卷扬机，起重定、动双层8门滑轮组组成。 起重小车的行走采用钢丝绳牵引方式，牵引动力为两台1t电动卷扬机，钢丝绳通过倍率滑轮组提高牵引力和降低小车行走速度。 龙门吊的大车行走部分利用了TQ60/80塔吊的行走机构，仅是将同侧的两台塔吊的行走机构联成一体，合并在一起控制，以保持整机行走同步。 2．结构特点 GJ70高架龙门吊是针对杨浦大桥浦西主引桥“T”形梁吊装任务设计的，因此其使用要 2

求和使用场地条件都完全不同于常规的龙门起重机。 首先，GJ70高架龙门吊不是长久使用的设备，是专为杨浦大桥西主引桥的“T”形梁吊装任务设计、改装的，工程结束后要全部解体，塔身、军用钢梁、起重动力设备等均要恢复原有机械性能和工作装置。所以，GJ70高架龙门吊的技术设计、改装难度较大，既要考虑结构合理，又要照顾到原有设备不能作过大的改动。在设计时，必须在其各部分的连接上采取相应的措施来给予满足。 其次，GJ70高架龙门吊的使用现场与一般龙门吊有很大的不同，它需要沿引桥轴线运行，它所工作的场地就是桥梁施工的现场，路基、轨道条件相对较差，如果用常规的龙门吊结构要求来对待GJ70高架龙门吊是不现实的，也是不经济的，因此在设计中，必须根据高架龙门吊的使用场地条件，采取特殊的措施来满足施工的要求。对GJ70高架龙门吊的路基和轨道的要求予以放宽，容许两侧路基高低差为150mm、同侧轨道的横向坡度为1/210、路轨的纵向坡度为5/1000；两侧轨道的中心距为32.48m、允许误差不超过50mm；同侧轨道的中心距4.2m、允许误差5mm；要求路基的承压能力为0.12MPa，以尽量顾及施工现场的实际情况。 二、高架龙门吊的技术改造措施 （一）GJ70高架龙门吊的设计 针对GJ70高架龙门吊与一般龙门吊的不同，在设计时考虑解决问题的思路以及在结构、连接方式上采取的措施，主要有以下几个方面： 1．在垂直于轨道的平面内（YOZ平面，力学模型如图43-1所示，下同）。 与一般龙门吊不同之处：（1）两侧路基中心距允许偏差较大；（2）一侧支腿下的两根钢轨有横向坡度，易使立柱不垂直，上端偏斜，造成支腿中心距发生变化；（3）两侧路基有高低差，使得主梁不水平。 设计时考虑解决的方法：主梁与支腿不宜采用刚性连接，主梁支承点要能相对于支腿沿梁轴线方向稍作滑移，即主梁跨度可以调整，同时，主梁能绕支承点作摆动。 构造上采取的具体措施：主梁与支腿横梁之间设置滑台，滑台座落在转台承座上，如图43-2所示，使得主梁能相对支腿横梁沿梁轴线运动，同时，承座顶面设计为拱形，使主梁成为简支梁，即使两侧支腿有高低差，主梁也不会对支腿产生额外的弯矩。

图43-1 支腿立柱与主梁的力学计算模型简图 3

图43-2 主梁、滑台、转台、横梁结构示意图 2．在平行于轨道的平面内（XOZ平面） 与一般龙门吊不同之处：（1）每侧支腿由2台TQ60/80塔吊塔身组成，高度较高，水平载荷、垂直载荷均较大；（2）两座塔身的大车行走机构是分别驱动的。 设计时考虑解决的方法：两座塔身的上端需采用刚性连接，以减小每台塔身立柱的长细比，提高塔身结构弹性稳定性，降低危险截面的应力，同侧的两座塔身行走速度必须一致，以保证两座塔身之间距离不变。除了在电气方面采取措施外，结构上也要给予保证。 构造上采取的具体措施：在同侧的两座塔身顶端用一刚度较大的横梁将两座塔身刚性连接在一起，在两座塔身下部的平台侧架之间用拉撑联系起来，使两座塔身的中心距不变，再把两座塔身的行走电气合并在一起控制。 3．在水平平面内（XOY平面） 与一般龙门吊不同之处：（1）GJ70高架龙门吊需沿弯轨行走；（2）两侧支腿行走阻力不同，即使在直轨上行走，行走速度也会有差异，使两侧支腿产生前后差；（3）两侧支腿的行走机构由2台控制器控制，起动时有快慢；（4）两侧支腿绝对同步是不可能的，在使用中总会有前后差。 设计时考虑解决的方法：主梁应垂直于支腿上方的横梁，在弯轨行走时两侧支腿应有快慢，在直轨行走时两侧支腿应尽量保持同步，但由于跨度较大，要使主梁始终绝对垂直于支腿横梁是不可能的，主梁就应能绕横梁中心的枢轴在水平面内转动，对支腿不产生附加的扭矩。 在大车行走时，两侧支腿的前后差不能过大，设计时允许有不大于0.6m的前后差，一方面要靠司机和指挥人员注意密切配合，另一方面在电气控制上要采取一定措施来予以保证。 构造上采取的具体措施：在支腿横梁和主梁滑台之间设置转台，转台套在横梁中心的枢轴上，为减小转台绕枢轴在横梁上平面转动的摩阻力，在转台底面铺设聚四氟乙烯板，使主梁相对于支腿转动时，对支腿不产生过大的扭矩。 在横梁上设置转角限位开关，当主梁相对横梁转动的角度超过允许值时，自动切断行走快的一侧支腿的电源，并发出声、光警报，待调整好位置后两侧支腿重新同步行走。 4

图43-3 改造后的高架龙门吊结构示意 （二）GJ70高架龙门吊结构计算原则 1．力学计算模型 由于每侧支腿的两台塔身的下部平台、侧架用拉撑将它们连成一体，因此，在平行于轨道的平面（XOZ平面）内，可以将两台下部平台侧架看成是一个能沿轨道运动的刚性整体结构，那么平台以上的塔身立柱结构和顶端的横梁就视作是固接在刚性平台上的阶梯形刚性框架结构，其力学模型见图43-1。 在垂直于轨道的平面内（YOZ平面），因为每座塔身的下部平台侧架座落在两条轨道上，同时平台上又放置了压铁（每座塔身平台上压重20t），因此将每侧支腿看作是固接在下部平台侧架上的阶梯柱，下部平台作为刚性基础对待，塔身立柱上端与主梁的连接为既可在一定范围内滑移又可转动的铰接。 由于在垂直于轨道的平面（YOZ平面）内，支腿与主梁为铰接连接，因此GJ70高架龙门吊的主梁亦可视作为简支梁。 2．在载荷的作用方式上所作的一些假设 （1）在垂直于轨道的平面（YOZ平面），根据结构特点和所建立的力学模型，两侧支腿所受的水平载荷（风载荷、坡度载荷等）由两侧支腿各自承受，而主梁、小车、吊重的水平载荷（风载荷、坡度载荷、小车运行水平力等）可以通过滑台传递给一侧的支腿，另一侧支腿不承受此类水平载荷。同时，假设起重小车可运行至一侧支腿的正上方。 （2）在平行于轨道的平面内（XOZ平面），两侧支腿各自承受自己的载荷，主梁的水平载荷也由两侧支腿共同承受，而小车与吊重的垂直载荷和水平载荷，因小车可运行至一侧支腿的正上方，因而这些载荷将由一侧支腿的两座塔身共同承受。 以上这些假设是偏于安全的。 3．在主梁计算中，采用了对比法 因为六四式军用钢梁是再分式桁架结构，杆件数量较多，组合的工况又较多，如要求取每杆的内力，计算工作量相当大。根据六四式军用钢梁资料中所提供的多种跨度和结构形式下的许用载荷，与所采用的跨度和结构形式下要求达到的载荷进行了比较，认为用六四式军用钢梁改装成GJ70高架龙门吊的双梁式主梁是可行的，所要求达到的载荷没有超过原设计的允许载荷。但为了更安全可靠和便于安装，缩小了桁架上弦钢枕的间距，由450mm改为400mm，以尽量减小节间载荷产生的附加弯矩。 4．支腿弹性稳定性计算的处理 5

在垂直于轨道的平面（YOZ平面）内，由于主梁与支腿是铰接，因此忽略主梁对支腿的约束作用，将支腿视作下端刚接的阶梯悬臂柱，作为静定结构对待。 在平行于轨道的平面（XOZ平面）内，由于每侧支腿的两座塔身主柱上端用刚度较大的箱形横梁连接在一起，下端又刚性连接在平台侧架上，因此可作为下端固接的阶梯形刚性框架处理，对这一超静定结构，采用编制的计算机程序求解立柱的内力。 在确定塔身立柱计算长度时，由于塔身立柱上下截面不同，中间驾驶室节约过渡节，将该节一分为二，一半计入上段，另一半归下段，这样就作为阶梯形杆件来对待。然后根据欧拉临界载荷相等的方法将上半段立柱的长度换算成与下半段立柱相同截面的长度，然后根据塔身立柱在两个平面内的支承条件，分别计算两个平面内的立柱长度换算系数，在垂直于轨道的平面（YOZ平面），绕X轴的长度换算系数为2.00；在平行于轨道的平面（XOZ平面），绕Y轴的长度换算系数为1.06。 根据各工况强度和稳定性计算结果，在额定载荷、大车行走的工作状态下（风垂直轨道，250N/m2）,其稳定性计算的应力偏高，超出许用值3%。为此，特规定在工作中大车不得带载行走（因为在实际使用中“T”形梁就浇捣有桥身下方或用车辆运输到位，如大车位置停放正确，吊装时基本不需行走）。

第二节 大型构架吊装的塔机改造技术

本节主要以浦东国际机场航站楼钢屋盖结构安装施工用GT160改制塔吊为例来阐述用于大型构架吊装的塔机改造技术，从而为今后同类型工程施工及类似工程项目提供重要参考和借鉴依据。GT160改制塔吊是根据浦东国际机场航站楼钢屋盖结构安装施工需要，利用公司自有TQ60/80型塔吊技术改造成功的，是一种特殊用途的塔式起重机——不回转、短动臂、轨道行走，双机组工作的重型起重设备。单机工作能力1600kN·m,最大起重量40t，为区别于一般塔吊，又要称呼简便，采取国家标准称之为“GT160”。 一、塔机的技术改造要求 浦东国际机场是一个具有国际先进水准的大型现代化航空机场，通过国际方案征集，经国际评委评审，选取法国巴黎机场公司和法国索德尚公司设计方案。航站楼建筑设计风格独特，由主楼、高架进厅、登机廊三部份组成，结构地上三层，局部地下层，楼层为钢筋混凝土现浇框架；屋盖呈梭子形状大跨度钢屋架高低搁置，尤其是主楼和高架进厅三跨并联一体非对称地向两侧伸展，似展翅翱翔的海鸥；总面积160000m2，钢结构总重量33000t。由于钢屋盖结构是在钢筋混凝土楼层框架结构已浇筑好的条件下吊装施工，即跨内不允许吊装主机进入，吊装主机只能跨外运行施工；而且工期紧，要求同时施工流水作业线达6条之多，对吊装机械选用配套和技术改造，不仅数量上问题多，而且技术上难度也大。为此，上海市机械施工公司通过航站楼钢屋盖结构安装施工方案竞选，把施工技术和设备技术改造结合一起进行评选研讨，针对主楼（包括高架进厅）和登机廓不同的施工条件，确定各自施工方案和技术路线。 （一）主楼和高架进厅 主楼和高架进厅为“节间地面拼装，跨端空间组合，区段整体位移”的施工方案，就是屋架以9m节间为单元在地面拼装，整体抬吊送至已做好的钢筋混凝土楼面上，再在楼面上把几个节间单元拼装成一个区段组合，再用水平牵引方法滑移至安装位置。主楼两跨同时施工，70.45m跨屋架节间单元重140t，用改制塔吊机组同300t履带吊从地面抬吊送至楼面上，31.45m跨屋架节间单元74t，用150t履带吊同300t履带吊从地面抬吊送至楼面上，然后共同组装成区段组合，同时做水平牵引滑移至安装位置。高架进厅（38.30m跨）一个屋架节间单元重80t，仍用300t履带吊同改制塔吊机组抬吊送至楼面，组装成区段组合后单独水平牵引滑移至安装位置，但这是在主楼施工完成后才开始施工。都是两端同时施工，这样同时